Proiectarea constructiilor subt

7/31/2019 Proiectarea constructiilor subt

1/169

Capitolul 1

SOLUIONAREA PROBLEMELORDE PROIECTARE A MINELOR

Datorit complexitii condiiilor geo-miniere, pentru soluionarea diverselor probleme ceapar la proiectarea unei mine se impune aplicarea unei game largi de metode.Cteva dintre aceste metode sunt: adoptarea soluiei avnd ca motivare indicaiile-directiv; metoda variantelor; metoda experimentelor speciale de producie sau de laborator; metoda analogiei; metode de modelare a soluiilor tehnologice, constructive i constructivo-arhitecturale; metoda analitic; metode grafice i grafo-analitice; metoda statistic; metode de prognozare; metoda bilanului pe ramur; metoda iraionamentelor; metoda probabilitii; metode de modelare economico-matematic.Dificultatea, complexitatea i ntreptrunderea diverselor probleme necesit n majoritatea

cazurilor aplicarea concomitent a mai multor metode.n stadiul alegerii prealabile a variantelor pentru comparare continu se aplic metoda

analogiei, a raionamentelor logice pe baza indicatorilor-directiv. Urmtorul stadiu decomparare prealabil se realizeaz att cu ajutorul metodelor grafic i grafo-analitic ct i cu

cel al metodei de modelare. La alegerea final se aplic metoda variantelor, a bilanului deramur, metoda probabilitii i a modelrii economico-matematice.

Multe din aceste metode pot fi aplicate concomitent, completndu-se una pe alta.

1.1. Metoda indicaiilor-directiv

Indicaiile-directiv sunt stipulate n tema de proiectare. n seria acestora intrfundamentarea construciei, adeseori capacitatea de producie a intreprinderii, limitat n funciede investiii, cheltuielile cu fora de munc i altele. Pentru proiectani, astfel de probleme suntdecisive, iar ngrdirile sunt angajatoare la executarea lucrrilor de proiectare.

Indicaiile-directiv prezentate n tema de proiectare sunt fundamentale, de regul reieinddin calculele efectuate anterior, din cercetri i alte materiale ce stau la baza schemelor aprobate

pentr dezvoltarea ramurilor din industrie i amplasarea forei de munc pe zone economice.

1.2. Metoda variantelor

Aceasta constituie cea mai sigur metod n practica de proiectare a minelor, avndaplicabilitatea cea mai larg.. Orice problem, independent de importana i complexitatea ei, denatura ei, de nivelele de ierarhie i dificultate, poate fi soluionat pe baza comparaieivariantelor. Principiul metodei const n alegerea celor mai sigure i utile variante din totalitateacelor posibile pentru soluionarea unei probleme. Pentru acestea se elaboreaz soluii de

proiectare i se motiveaz criterii scop comune. Se determin, apoi, eficiena economic afiecrei variante i se selecteaz cea optim.Metoda variantelor se folosete de obicei la alegerea mijloacelor i sistemelor de

exploatare, a metodelor i schemelor de descopertare, deschidere i pregtire, la determinarea

1


2/169

capacitii de producie a minei i a hotarelor cmpului minier, la alegerea tehnicii itehnologiei raionale. n plus, metoda variantelor se aplic pentru determinarea coninutuluilimit, la ntocmirea fundamentrilor tehnico-economice a condiiilor, pentru stabilireaamplasamentului antierului, compunerea planului general al intreprinderii i altele. Prinaplicarea metodei variantelor se soluioneaz toate problemele de baz din proiectulintreprinderii miniere. Avantajele principale ale acestei metode sunt universalitatea i sigurana

ei. Cele mai importante reguli i condiii de aplicare cu succes a metodei variantelor sunturmtoarele:

alegerea corect a variantelor pentru comparare, care se va baza pe analiza profund acondiiilor problemei i a condiiilor geo-miniere ale zcmntului;

alegerea criteriilor de evaluare care rspund n totalitate condiiilor i naturii problemei,precum i a componenei volumelor de lucrri miniere, a lucrrilor de construciemontaj i acheltuielilor pentru executarea lor;

pentru o precizie ridicat este necesar ca numrul de variante s fie ct mai mare; precizia i compatibilitatea datelor iniiale trebuie s asigure autenticitatea rezultatelor;

variantele trebuie s se evalueze i s se compare dup valorile absolut i relativ alecriteriului de comparaie.ndeplinirea primelor dou condiii depinde n mare msur de nivelul calificrii i

aptitudinilor creatoare ale specialitilor. Toate rezultatele comparabile se vor prezenta nmanier comparabil, potrivit tuturor particularitilor (volum de producie, calitate, termene deexecuie, efecte sociale, protecia mediului), cu excepie indicatorului de eficien economic,indicator care se calculeaz.

n funcie de natura i nivelul de soluionare a problemei, de calitatea criteriului, se potadopta att indicatorii naturali (rezerve de substane minerale utile, cantitatea de mas minierce se extrage, coninutul n componente minerale utile i nocive din masa minier, pierderi idiluie, productivitatea muncii, consumul specific de energie la tiere, extracia n procesele de

preparare i metalurgic) ct i indicatorii de cost (exploatare, prelucrare, neprevzute, profit,costul produsului final).Pentru soluionarea unor probleme este suficient s se stabileasc optimul (maxim sau

minim) unuia dintre aceti indicatori, n timp ce pentru soluionarea altor probleme suntnecesare criterii mai generale.

n funcie de nivelul soluionrii problemelor, la metoda variantelor se aleg drept criteriieconomice de evaluare costul extraciei i prelucrrii; profitul i renta diferenial. Uneori suntnecesari civa indicatori de calitate. De exemplu, la alegerea metodei de exploatare sau dedeschidere a zcmntului nu este suficient numai criteriul cheltuielilor prevzute, fiindnecesar luarea n considerare i a pagubelor datorate pierderilor de minereu, a situaieieconomice la punerea n exploatare a minei, precum i a pagubelor survenite n urma schimbrii

destinaiei terenurilor i reducerii calitii mediului ambiant.Referitor la volumul de cheltuieli, n majoritatea cazurilor este necesar precizarea

valorilor complete potrivit tuturor variantelor comparabile, pentru a exista nu doar o evaluarerelativ, ci i una absolut a fiecrei variante.

La efectuarea calculelor de variaie fr aplicarea modelrii matematico-economice esteposibil realizarea unei comparaii doar n ce privete volumele i cheltuielile, ceea ce exprimdeosebirea unei variante de alta.

Excluderea volumelor de lucrri miniere i a cheltuielilor generale pentru fiecare variantreduce complexitatea calculelor privind compararea variantelor, dar necesit volume mai maride munc calificat din partea proiectanilor la raionamentele logice de manifestare a fiecreivariante.

La o astfel de metod a variantelor, soluionarea problemelor cuprinde urmtoarele etape: analiza condiiilor geo-miniere, alegerea variantelor i legarea fiecreia din ele la

condiiile de zcmnt i din min;

2


3/169

compararea variantelor n scopul stabilirii particularitilor de principiu privindtehnologia, volumul i ordinea de executare a lucrrilor subterane i a altor lucrri, ct i aldefalcrii volumului de lucrri subterane i cheltuieli pentru fiecare variant;

alegerea indicatorilor de evaluare i de comparare a criteriului (sume de cheltuieli,pagube i profit la fiecare din variantele comparate);

efectuarea calculelor pentru determinarea profitului, cheltuielilor curente i prevzute,

consumului de materiale, for de munc, pagube n urma pierderilor i diluiei, daune privindpoluarea mediului pentru fiecare variant;

compararea rezultatelor calculelor pentru fiecare variant i alegerea valorii optime nfuncie de criteriul adoptat. De regul, rezultatele calculelor se trec ntr-un tabel sau sereprezint grafic.

Metoda variantelor se poate aplica corect numai dac parametrii de baz (valoarearezervelor, calitatea lor, capacitatea de producie, volumul rezervelor din pilieri, pierderile idiluia etc.) au valori comparabile. Dezavantajul acestei metode este dat de cheltuielile ridicatecu munca specialitilor care analizeaz fiecare variant, manifestarea particularitilor eitehnologice, volumul de lucrri i a cheltuielilor de executare a acestora. Uneori, o astfel demetod poate duce la concluzii neargumentate n totalitate.

Desigur c, n cazul aceluiai zcmnt, la capaciti de producie comparabile se alegevarianta de exploatare care conduce la cheltuieli mai reduse. Dac, ns, cheltuielile suntcomparabile, se alege acea variant care duce la obinerea unei capaciti de producie mai mari.

1.3. Metoda experimentrii soluiilor tehnologice

Metoda se aplic mai ales la obiective mari, de importan crescut, n scopul uneicercetri mai aprofundate a problemelor neclare sau a celor studiate insuficient. Printre altele,este utilizat precizarea informaiilor geologice, hidrogeologice, i geo-inginereti cu privire lazcmnt, studiul influenei unor factori pentru tehnologia lucrrilor subterane.

Uneori, experimentele se fac n scopul ncercrii de tehnici i tehnologii noi.n majoritatea cazurilor, pentru alegerea definitiv a sistemelor de exploatare, la fiecaremin este necesar s se experimenteze permanent sisteme diferite, schimbnd variantele,

parametrii, tehnica i tehnologia din subteran.

1.4. Metoda modelrii

Aceast metod se bazeaz pe confecionarea de modele pentru studiul principalelorprobleme de proiectare. Metoda prevede att modelarea zcmintelor ct i a soluiilortehnologice, tehnice, constructive i de construcie arhitectural. Metoda modelrii se aplic nscopul prognozrii procesului tehnic al fundamentrii direciei posibile de dezvoltare a

tehnologiei miniere. ntr-o serie de cazuri, indiferent de mrimea cheltuielilor, metoda modelriipermite att evitarea unor erori ct i reducerea termenelor de proiectare i a cheltuielilorgenerale pentru proiect. n practica minier, metoda modelrii se aplic pe larg pentrucercetarea tehnologiei de execuie a lucrrilor miniere, studierea problemelor de presiuneminier i dirijarea acesteia.

1.5. Metoda analogiei

Analogia reprezint asemnarea obiectelor din punct de vedere al calitilor, relaiilor,prilor. Deducia de analogie privete concluzia asupra anumitor indici de baz i fixareaposibilitii de comparare ce exist ntre ali indici. Schema obinuit a deduciei de analogie se

3


4/169

obine astfel: obiectul B posed indiciile a, b, c, d, e; obiectul C posed indiciile b, c, d ; prinurmare obiectul C posed probabil indiciul a.

n practica de proiectare a minelor, metoda analogiei se aplic destul de frecvent. Dac,de exemplu, pentru stabilirea capacitii de producie a unei mine presupunem c la unul dinzcmintele de baz, unde grosimea, direciile lor b i c; unghiul de nclinare d; reducereaanual a lucrrilor subterane a, asigur capacitatea de producie A, atunci la alt zcmnt cu

parametrii b, c, d, e, capacitatea de producie a minei va fi, dup toate probabilitile, egal cuA.Dac un parametru al unui nou zcmnt difer ntr-o anumit msur de cel al

zcmntului de baz, atunci se face o corecie corespunztoare care ine seama de aceastdeosebire.

Dezavantajul acestei metode este dat de necesitatea unui volum mare de munccalificat i calcule, pentru care se recomand utilizarea tehnicii de calcul.

La realizarea soluiilor de proiectare prin metoda variantelor, ordinea i coninutullucrrilor sunt:

analiza condiiilor geominiere i alegerea variantelor potrivite pentru ele; stabilirea parametrilor i a indicatorilor variantelor i a limitei de variaie posibil a

lor; ntocmirea unui grafic tehnologic de variante (schem bloc); fundamentarea criteriilor de optimizare, a listelor cu volumele de lucrri i a

cheltuielilor de executare a lor pe variante; stabilirea sistemului de limitare a granielor de variaie a parametrilor i a indicatorilor

i de aplicare a variantelor de soluii; compunerea unei funcii cu scop determinat, care s reflecte n totalitate

particularitile variantelor comparabile; calculul i analiza rezultatelor.

Metoda analogiei se aplic frecvent att la ntocmirea informrii iniiale pentru lucrrile

de proiectare ct i pentru realizarea i adoptarea unor soluii de proiectare. La acesat metodse aleg asemnrile soluiilor de proiectare care se prezint comparabil i se confrunt pentrumotivarea soluiei optime.

Metoda analogiei se aplic pe larg n practica de proiectare a minelor, la studiiaprofundate, nainte de proiectare sau pentru compararea indicatorilor unui obiectiv care sereproiecteaz dup proiectul deja aprobat al unei mine care funcioneaz n condiiiasemntoare. n combinaie cu metodele de calcul, metoda analogiei se aplic la determinareanumrului de puuri, alegerea schemelor rampelor puurilor i organizarea lucrrilor din abataj.Pe baza acestei metode se aleg proiectele tip i proiectele economice individuale, care se aplicrepetat, att pentru obiective separate ct i pentru ansambluri unitare i procese tehnologice.

Metoda raionamentelor logice este n esen o metod de evaluri experte, care, n

proiectare, se aplic frecvent n etapa de alegere preliminar a variantelor admisibile pentrurezolvarea problemelor ce privesc alegerea metodei de exploatare, a schemei de deschidere, asistemelor de exploatare, a tipului de utilaj, a schemei de amplasare a construciilor de lasuprafa i a instalaiilor. Rezultatele acestei metode depind n mare msur de experiena icapacitatea creatoare a proiectantului.

1.6. Metoda analitic i grafo-analitic

Metoda analitic de rezolvare a problemelor n minerit se bazeaz pe stabilirea unor relaiifuncionale ntre parametrii cercetai i indicatorul de cost i pe cutarea valorilor optime ale

parametrilor necunoscui. Relaiile funcionale trebuie s aib un caracter continuu, iar pe grafic

4


5/169

s reprezinte fie o curb convex (dac criteriul este profitul) fie o curb concav (dac criteriull constituie cheltuielile).

Funcia trebuie s fie derivabil.Metoda analitic se poate aplica pentru calculele preliminare de alegere a capacitii de

producie, determinarea dimensiunilor preliminare ale perimetrului minier, a nlimii etajuluisau panourilor, la determinarea unor parametri ai sistemelor de exploatare, transport, alimentare

cu energie electric i altele. La rezolvarea problemelor de optimizare a parametrilor prinmetoda analitic se presupune c indicatorul de cost ct(cost sau cheltuieli prevzute) depinde deparametrul necunoscutx, conform unei anume relaii cunoscute, ca de exemplu:

cx

bxact ++=

unde: a, b, c sunt coeficieni de cost constani;ct costul totalEgalnd cu zero derivata de ordinul nti obinem:

02

==x

ba

d

dc

x

t

de unde:

a

bx =

La calculul diferenei de investiii (n cazul general) se va elabora funcia cheltuielilorprevzute.

)()( xKExcC ydpdtp +=

Este necesar verificarea continuitii funciei date. Funcia este continu i are valoareextrem dac derivata de ordinul doi nu este egal cu zero.

n condiiile economiei de pia, cel mai bun criteriu de optimizare se consider profitul.Dac suma profitului este egal cu:

== =

=n

i

dijij

t

j

t

j

j ijcEAP

11 1

)(

unde: teste durata de exploatare a zcmntului, ani;Aij capacitatea de producie a minei n anulj, potrivit variantei i, t/an;Eij valoarea extractibil a masei de substan mineral util care se extrage, lei/t;

ijdC cheltuieli de extracie i prelucrare, lei/t;

atunci maximul de profit va corespunde condiiei:

01

=

=

dA

Pdt

jj

5


6/169

Dac problema se rezolv la extrem, cu dou sau cu mai multe necunoscute, atunci,potrivit numrului acestora, se vor formula dou sau mai multe ecuaii.

n cazul unei ecuaii cu dou necunoscute, pentru a determina cheltuielile pentrudeschiderea i exploatarea unui cmp minier, este necesar determinarea derivatelor pariale aleacestei ecuaii, obinnd astfel dou ecuaii.

De exemplu, capacitatea de producie A a unei mine se obine din cele dou aripi ale

cmpului minier, dar costurile de producie sunt diferite pe cele dou aripi.Cheltuielile de producie pentru exploatarea pe o arip se calculeaz cu relaia:

11

1111 cA

bAacd ++=

iar pe cealalt arip:

22

2222 cA

bAacd ++=

Atunci suma total a cheltuielilor pe min va fi:

2222221111

21 cAbaAcAbaAcA d +++++=

Pentru

12,21 AAAAAA =+=se obine:

2122221212

21111

21 2 cAAcbaAaAAaAaAbaAcA d ++++++=

Derivata de ordinul nti este:

02 21111

=+=

ccaAA

Acd

de unde:

212211 2)(2 AaccaaA +=+

)(2

2

21

2121 aa

AaccA

++

=

iar

)(2

2

21

1212 aa

AaccA

++

=

Pentru cercetarea continuitii funciei, se determin derivata de ordinul doi n raport cuvariabilele independente. Se va stabili dac funcia are punct de inflexiune. Funcia are extremdoar n cazul n care cheltuielile vor prezenta mai nti o scdere, urmat apoi de o cretere atta lor ct i a profitului. n caz contrar, cnd att cheltuielile ct i profitul prezint fie doar oscdere fie doar o cretere, funcia nu are extrem.

Dezavantajul acestei metode const n fapul c ea ofer doar o valoare punctual, caredifer uneori n limite largi de valorile nvecinate. Mai mult, ea nu este aplicabil funciilordiscontinue.

6


7/169

Pentru efectuarea unei analize mai detaliate a naturii variaiei funciei se aplic fie metodagrafo-analitic, n cadrul creia se ntocmesc grafice din domeniul optimului, fie metodagrafic, n cadrul creia funcia se reprezint grafic. n ultimele dou situaii nu mai este necesarca funcia s fie continu, ea putnd fi i discret.

1.7. Metode statistice

Metodele statistice se aplic frecvent la analiza funcionrii minelor i preparaiilor pentrustabilirea urmtorilor indicatori:

valoarea investiiilor i a cheltuielilor de exploatare; indicatori de preparare a masei miniere extractibile, extracia de concentrat i coninutul

de componeni utili sau nocivi n concentrat; productivitatea pe min, precum i productivitatea mijloacelor de ncrcare i transport; cheltuieli cu evacuarea negabaritelor sau cu a doua concasare n funcie de parametrii

lucrrilor de perforare-mpucare i de consumul specific de exploziv la tiere; productivitatea forajului n funcie de adncime, diametrul gurii i ali factori.

n concordan cu condiiile geo-miniere, cele mai rspndite relaii empirice, stabilite pebaza metodelor statistice, au forma funciilor liniare:

;;;bxa

cy

x

baybaxy

+=+=+=

2;; cxbxaycx

bayaxy b ++=++==

Pe lng alegerea tipului de funcie, este necesar determinarea valorilor constante a, b, i

c care o compun. n aceste sens este aplicat frecvent metoda celor mai mici patrate.

1.8. Metoda celor mai mici patrate

Metoda se bazeaz pe aflarea minimului sumei ptratelor abaterilor existente ntre dateleexperimentale i cele teoretice, adic:

=

=n

jjj yy

1

2 min)(

unde:yj este valoarea real a indiceluij cercetat;

jy valoarea nominal calculat la nivelul presupus;n numrul relizrilor de serie.Dac ecuaia se determin printr-o serie de coeficieni a1, a2, , at (unde teste numrul

coeficienilor), iar funcia corespunztoare este

),...,( 2,1 taaafy =

pentru ca toi coeficienii s respecte condiia minimului este necesar egalarea cu zero

a primelor derivate pariale ale funciei n raport cu fiecare dintre coeficienii aj, adic:

7


8/169

),1(pentru0 tjaj

==

Se obine un sistem de tecuaii cu tnecunoscute, care se rezolv uor atunci cnd funciaeste liniar. Ca urmare, se determin toi parametrii care asigur corespondena ntre datele de

calcul i cele reale. Dac parametrii din seria iniial au semnificaie diferit, se va aplicametoda celor mai mici ptrate cu ponderi, caz n care funcia va avea forma:

=

=n

jjjj yy

1

2 min)(

n care j este ponderea parametruluij.

1.9. Metode economico-matematice

Principiul acestor metode const n stabilirea valorilor unor parametri de baz plecnd dela cteva mrimi primare determinate pe baza experienei. Aplicarea metodelor economico-matematice la rezolvarea unor probleme de decizie are la baz utilizarea diferitelor tipuri demodele prin care se reprezint pri ale sistemului i subsistemului studiat.

La aplicarea acestor metode, o importan deosebit are stabilirea indicatorilor pentrumsurarea eficienei. Indicatorii de eficien sau utilitate se definesc frecvent prin variabiledependente, ale cror valori urmeaz a fi maximizate sau minimizate.

Alegerea criteriilor de optimizarea nu este aa simpl cum ar prea, mai ales pentruproblemele de mare complexitate, aa cum sunt cele miniere.

Modelul economico-matematic este elaborat de specialiti din domeniu, deoarece cuajutorul acestuia se prognozeaz performanele unei variante de funcionare a sistemului

proiectat. Validitatea modelului este determinat de precizia cu care acesta este capabil sprognozeze performanele.Succint, elaborarea unui model aconomico-matematic presupune elaborarea unor relaii

ntre indicatorii de eficien oricare ar fi ei i variabilele prin care se definete sistemul.Un model se bazeaz pe formularea unor relaii logico-matematice de forma:

),( ii yxfE=

ntre variabilele controlabile xi i variabilele necontrolabileyi.Cele prezentate mai sus sunt doar cteva din metodologiile aplicate la soluionarea

problemelor miniere. Fr pretenia de a fi epuizat ntreaga gam de soluii indicate nliteratura de specialitate, se poate lesne observa c n ultimele decenii specialitii, apelnd laaparatul matematic modern, au rezolvat foarte multe probleme, dar soluii generale, universalvalabile, nu se pot da.

Capitolul 2

TEHNOLOGII DE EXECUIE A GALERIILOR

8


9/169

La alegerea tehnologiei de execuie a galeriilor se ine seama de urmtorii factori:destinaia lucrrii, profilul i seciunea ei, proprietile fizico-mecanice ale rocilor ce vor fitraversate de lucrare etc.

Dac lucrarea este amplasat n roci tari, compacte, derocarea acestora n interiorulprofilului galeriei se va face prin perforare-mpucare. Pentru simplificarea procesului seutilizeaz tehnologia de execuie cu combina de naintare, organele de tiere i ncrcare ale

acesteia realiznd dislocarea i evacuarea rocilor din frontul de lucru.Amplasarea lucrrii n roci neconsolidate sau slab consolidate necesit o susinereaprealabil corespunztoare, caz n care se va aplica metoda cu palplane. Dac, ns, lungimealucrrii este mare, se va aplica metoda cu scut.

Pentru execuia lucrrilor care traverseaz roci neconsolidate, mbibate cu ap, se aplicmetodele cu palplane i picoi i metoda cu scut.

n domeniul perforrii au fost efectuate ncercri experimentale privind dezagregarearocilor cu ultrasunete, perforarea termic utiliznd gaze de ardere cu temperatur ridicat nalternan cu jet de ap pentru rcire, precum i peforare hidraulic.

Cu toate c derocarea rocilor a fost testat i cu metode moderne, n ara noastr metodelefrecvent utilizate sunt prin perforare-mpucare sau cu combina.

2.1. Sparea galeriilor prin perforare-mpucare

Complexele de operaii [55] care compun ciclul procesului de perforare-mpucare sunt:copturirea frontului de lucru, perforarea gurilor, ncrcarea i evacuarea rocilor din front,susinerea, ncrcarea gurilor cu exploziv i mpucarea lor, aerajul frontului de lucru.

Curirea frontului de lucru este cunoscut sub numele de copturire.

2.1.1. Perforarea gurilor de min

Perforarea gurilor de min se execut cu ajutorul perforatoarelor. n funcie de modulde realizare, perforarea poate fi percutant, rotativ sau rotopercutant.

Perforarea percutant se execut cu perforatoare pneumatice sau electrice, a croraciune are loc prin lovirea axial a sfredelului, iar dezagregarea rocii se face discontinuu ntimpul percuiilor i are randament sczut. Pentru a mbunti aciunea sfredelului prinmicorarea frecrii cu pereii gurii se utilizeaz substane tensioactive. n tabelul 1.1 suntredate caracteristicile ctorva perforatoare percutante pneumatice.

Tabelul 2.1. Caracteristici tehnice ale perforatoarelor percutante pneumatice.

araTip

perforatorMasaKg

Lovituripe minut

Energiade lovire

J

Momentde rotire

J

Consumde aer

N m3/minRomnia P-90 28,4 2330 72 43 2,7

Rusia

PR-23PP-110PRT-8

PR-3 DVM

24,525,325,828

3000350034002930

50489660

18323830

4,52,96,4-

Suedia(Atlas

Copco)

BBD-90 WBBE-12 BK

27,324

30004800

--

--

5,7-

Finlanda(Tampella)

S-100 22,7 3500 - - -

Caracteristica perforrii rotative este dat de faptul c sfredelul execut dou micri

de rotaie i de avans axial. Perforatoarele rotative pot fi pneumatice sau electrice, susinutemanual sau mecanic. n tabelul 1.2 sunt redate caracteristicile unor astfel de perforatoare.

9


10/169

Tabelul 2.2. Caracteristici tehnice ale perforatoarelor rotative.

araTip

perforatorMasa

kg

Consumde aer

N m3/min

PuterekW

Turaierot/min

Momentde rotire

N m

0 1 2 3 4 5 6

Romnia PR-8PEA-19 D 919 3,2- 1,251,2 1500330/690 -18

RusiaSR-3

ER-14 D-2 MERP-18 D- 2 M

141624

3,5--

2,721,01,4

-860300

6610,640

0 1 2 3 4 5 6

PoloniaPW R-8VE-620

8,515,5

2,4-

1,841,1

-620

23-

Anglia E-59 15,3 - 1,0 430/720 -Germania HGD-80 14 - 1,3 700 -

Perforarea rotopercutant reprezint un procedeu recent i se folosete la perforareagurilor de min n roci tari i foarte tari, viteza de perforare fiind mai mare de aproximativ 4ori fa de cea de la perforarea percutant. Funcionarea perforatorului este asigurat de unmotor pneumatic care rotete axul principal al mainii i de un mecanism de lovire.

2.1.2. Determinarea parametrilor de perforare-mpucare

Consumul specific de exploziv este indicatorul mediu [28, 55] al consumului de explozivpentru derocarea unui metru cub de roc i depinde de urmtorii factori:

tria rocii; odat cu creterea triei rocilor crete i consumul de exploziv;seciunea lucrrii miniere; consumul specific de exploziv scade odat cu creterea

seciunii lucrrii miniere, iar pentru seciuni mai mari de 18 m2

se menine constant;lungimea gurii de min; creterea lungimii gurilor peste o anumit valoare duce lacreterea consumului specific de exploziv datorit rezistenei sporite a masivului de roc fa deaciunea de dislocare prin mpucare;

capacitatea de dislocare a explozivului; cu ct concentrarea volumetric a energieiexplozivului este mai mare, cu att scade consumul de exploziv;

diametrul cartuelor de exploziv; consumul de exploziv scade corespunztor odat cucreterea diametrului cartuelor de exploziv pn la dimensiuni de 40-45 mm.

n activitatea de proiectare, pentru stabilirea consumului specific de exploziv se utilizeazo serie de relaii empirice, ns valorile obinute din calcule trebuie s fie corelate cuconsumurile specifice realizate n practic n condiii similare.

Stabilirea unui consum specific de exploziv mai mic fa de valoarea optim conduce larealizarea unui salt (pas de avans) redus i la o conturare necorespunztoare a profilului. Unconsum specific mrit fa de valoarea optim determin creterea costului lucrrilor de

perforare-mpucare, fisurarea intens a rocilor nconjurtoare, instabilitatea profilului ideteriorarea susinerii.

Formula lui Protodiakonov :

S

feq = (2.1)

unde : q este consumul specific de exploziv, kg/m3;e coeficientul capacitii de lucru:

Pe

520=

520 cm3 capacitatea de lucru a dinamitei gelatin 92% de fabricaie sovietic;

10


11/169

P capacitatea de lucru a explozivului, cm3;f coeficientul de trie a rocilor (tabelul 1.3);S seciunea lucrrii miniere, m2.

Tabelul 2.3. Clasificarea rocilor dup M.M. Protodiakonov.Categoria

rocii

Gradul

de trie

Coeficientul

de trie,fDenumirea rocii

IExtrem de

tari20

Cuarite foarte tari i altele excepionalde tari (bazalte)

II Foarte tari 15Roci granitice foarte tari, porfire

cuaroase, granit foarte tare, minereuride fier foarte tari

III Tari 10Granite compacte, gresii i calcare

foarte tari, filoane cuarifereIII a Tari 8 Calcare tari, granite, gresii tari

IV Destul de tari 6Cuarite fisurate, gresii, minereuri de

fierIV a Destul de tari 5 isturi cuaroase, gresii istoase

V Semitari 4 Gresii, calcare, conglomerateV a Semitari 3 Marne compacte, minereuri de fier

VIDestul de

moi2

isturi moi, calcare moi, sare gem,ghips, marn, antracit

VI aDestul de

moi1,5

isturi dezagregate, pietri sedimentat,crbune tare, argil ntrit

VII Moi 1Argile compacte, crbune moale,

aluviuni ntrite

sau

cS

feq2

12,05,0

+= (2.2)

unde: c este un coeficient ce ine seama de numrul suprafeelor libere:c = 1 pentru o suprafa liber;c = 0,6 0,72 pentru dou suprafee libere.

Formula lui Ibraev:

b

Safq

=(2.3)

unde: a este coeficient n funcie de natura rocilor (a = 0,25-0,30);b coeficient n funcie de tipul explozivului:

b = 1,2 pentru explozivii de capacitate mare (dinamite);b = 0,8 pentru explozivii de capacitate mai mic.

Formula lui N.M. Pokrovski:

gVfeq = 11,0 (2.4)

unde: Veste coeficient de rezisten a rocilor fa de aciunea dislocrii lor dinmasiv:

11


12/169

SV

5,6= - pentru o suprafa liber;

V = 1,2-1,5 - pentru dou suprafee libere;g coeficient de structur a rocilor (tabelul 1.4);e1 = 400/P.

Tabelul 2.4. Coeficientul de structur a rocilor.

Caracteristicile rocilorCoeficient destructur,g

Roci compacte i elastice, sare, roci poroase 2Roci fisurate 1,4

Roci istoase cu trie variabil, cu stratificaieperpendicular pe direcia gurii

1,3

Roci masive sfrmicioase 1,1Roci cu stratificaie fin, compact 0,8

ncrctura pe gaura de min reprezint cantitatea de exploziv necesar pentrudislocarea rocii n vederea realizrii unui salt (pas de avans) i se determin cu relaia:

= glSqQ [kg] (2.5)n care:

q reprezint consumul specific de exploziv, kg/m3;S seciunea lucrrii, m2;lg lungimea gurii, m;coeficientul de rupere a gurilor.n medie, ncrctura de exploziv pe o gaur va fi:

N

Qqg = [kg] (2.6)

unde Neste numrul total de guri din frontul de lucru.ncrctura pe gaur se stabilete n funcie de destinaia gurii astfel:

pentru guri de smbure qs = (1,1-1,2)qg[kg];pentru guri de lrgire ql qg[kg];pentru guri de profilare qp = (0,9-0,95)qg[kg].Trebuie avut n vedere faptul c n fiecare gaur de min se introduce un numr ntreg de

cartue i c n minele de crbuni grizutoase ncrctura de exploziv pe gaur este limitat.

Numrul de guri. Stabilirea unui numr optim de guri permite repartizarea raional acantitii de exploziv pe ntreaga suprafa a frontului i conturarea corespunztoare a profiluluilucrrii miniere.

Numrul specific de guri numrul de guri ce revine pentru metru cub de rocdislocat sau pentru metru ptrat de suprafa de front se calculeaz n funcie de tria rocii,seciunea lucrrii, lungimea gurilor de min, consumul specific de exploziv i diametrulcartuelor de exploziv.

Din cercetrile experimentale [30, 55, 63] au rezultat urmtoarele:n lucrrile miniere cu seciunea mai mare de 18 m2 i cu lungimi de gaur peste 1,5 m,

numrul de guri ce revine la 1 m2 suprafa de front rmne constant;n lucrri miniere cu seciunea mai mic de 18 m2, creterea lungimii de gaur determin

numrul specific de guri ce revine unei suprafee de front de 1 m2;mrirea diametrului cartuelor peste 30 mm favorizeaz reducerea considerabil a

numrului de guri n cazul seciunilor mai mari de 16 m2, n timp ce la seciuni sub 16 m2 nu

12


13/169

asigur obinerea unui numr redus de guri, ntruct numrul gurilor de profilare nu poate firedus pe seama optimizrii concentrrii energiei explozive n gurile de min.

Numrul de guri se determin cu formulele redate n continuare.

Formula lui M.M. Protodiakonov:

212,0

+=

Sfn (2.7)

unde: n reprezint numrul de guri pe metru ptrat;f coeficient de trie a rocilor;S seciunea lucrrii, m2.

Formula lui Bogomolov:

S

fN 3,2= (2.8)

n care N reprezint numrul total de guri.

20012,0

gdc

SqN

= (2.9)

unde: q este consumul specific de exploziv, kg/m3;c coeficient de umplere a gurilor (raportul dintre lungimea ncrcturii de exploziv i

lungimea gurii);dg diametrul gurii, m.

Formula VNIIOMS:

=

2

27,1

cdc

SqN

(2.10)

unde: este coeficientul de rupere a gurilor ( = 0,8-1,0);dc diametrul cartuului de exploziv, m; densitatea explozivului, kg/m3.

c

c

Gc

lSqN

=

(2.11)

unde: lc este lungimea cartuului de exploziv;Gc masa unui cartu de exploziv, kg.


SKdc

SqN

g

+

=

2

3,1(2.12)

n care K este coeficient de ndesare a cartuelor de exploziv.

13


14/169

Formula lui Ibraev:

gdb

SafSN

= 41 (2.13)

unde: a este coeficient n funcie de tria rocilor (a = 0,25-0,3);b coeficient n funcie de tipul explozivului (b=1,2 pentru explozivi de capacitate mare;b=0,8 pentru explozivi de capacitate mai mic);

SSq

N +

=

(2.14)

n care este ncrctura de exploziv care revine la 1 m de gaur, kg/m.

Formula lui Suhanov:

)027,0033,0(17,067,1 ++= fSfn (2.15)

Repartizarea numrului total de guri pe grupe de guri se face n funcie de raportulstabilit pentru condiiile date ca fiind necesar ntre gurile de smbure (Ns), de lrgire (Nl) i de

profilare (Np):

Ns : Nl: Np = 1: b: c (2.16)

n general, n activitatea de producie se ntlnete urmtorul raport:1 : 0,5 : 2 pentru seciuni mici i trie mare a rocii;

1 : 1,5 : 2 pentru seciuni mari.Cunoscnd numrul total de guri Ni raportul 1 : b : c se determin numrul de guri

din fiecare grup:

numrul gurilor de smbure:

cb

NNs ++

=

1

1(2.17)

numrul gurilor de lrgire:

cb

bNNl ++

=1

(2.18)

numrul gurilor de profilare:

cb

cNNp ++

=

1(2.19)

Gurile de lrgire i de profilare sunt guri de rupere i se noteaz astfel:Nr= Nl+ Np (2.20)

Lungimea gurilor influeneaz direct viteza de spare i productivitatea muncii, ladeterminarea ei lundu-se n considerare o serie de factori, precum: proprietile rocilor,

14


15/169

seciunea lucrrii, parametrii utilajului de perforat, amplasarea gurilor, tipul explozivuluifolosit, saltul (pasul de avans) necesar i precizia de conturare impus. Factorul hotrtor lreprezint durata ciclului i, ca urmare, este indicat ca lungimea gurilor s se stabileasc nfuncie de parametrii care determin durata unui ciclu complet.

cszg nnn

vl

=

(2.21)

unde: lg este lungimea gurii de min, m;v viteza lunar de spare, m/lun;nz numrul zilelor lucrtoare pe lun;ns numrul schimburilor pe zi;nc numrul ciclurilor pe schimb.

Formula lui Bucinev:

3

2

4

= pig tNVm

l (2.22)unde: m reprezint numrul de perforatoare care lucreaz simultan;V productivitatea la perforare, m/h;

N numrul de guri;tpi suma timpilor de pregtire i ncheiere a operaiilor de perforare, ncrcare i

mpucare, h.

Formula lui K.V. Pavlov:

L

t

P

S

Vm

N

tn

tNT

l s

ag

c

g +

+

+

= (2.23)

unde: Tc este durata unui ciclu, h;tg timpul de ncrcare a unei guri (0,04-0,05 h);ta timpul de mpucare i aeraj (0,25-0,5 h);n numrul de oameni care efectueaz ncrcarea gurilor;S seciunea lucrrii, m2; coeficient de rupere a gurilor; coeficient care ine seama de suprapunerea perforrii cu cea a ncrcrii rocii ( =

0,6-0,9 la suprapunerea perforrii cu ncrcarea mecanizat; = 1 n cazul n care proceselerespective nu se suprapun, ci se succed);

P productivitatea mainii de ncrcat, m3/h;ts timpul de montare a unui cadru de susinere, minute;

L distana ntre cadrele de susinere, m.Pentru cazurile cnd nu este necesar susinere, relaia devine:

P

S

Vm

N

tn

tNT

l

a

g

c

g

+

+

=


15


16/169

+

++

=

PVm

qS

tttSq

T

lca

gc

g

sin(2.24)

unde: q este consumul specific de exploziv, kg/m3; cantitatea de exploziv ce revine la 1 m gaur, kg;tc timpul consumat datorit trecerii de la o operaie la alta (0,3-0,5 h); nclinarea medie a gurilor fa de frontul de lucru, grade.

Lungimea de gaur calculat cu relaiile anterioare trebuie verificat i stabilit n finalpentru condiiile de spare prin cteva mpucri experimentale. De asemenea, trebuie avut nvedere corelarea lungimii de gaur cu pasul de susinere, respectiv cu ncrctura explozivmaxim admis n cazul minelor grizutoase.

Diametrul gurilor de min are implicaii att asupra productivitii la perforare ct iasupra eficienei lucrrilor de mpucare. La utilizarea explozivilor ncartuai, diferena dintrediametrul gurilor de min i diametrul cartuelor trebuie s fie minim, pentru a asigura

densitatea maxim de ncrcare. Pentru a nu reduce efectul exploziei, raportul ntre diametrulgurilor i diametrul cartuelor de exploziv este limitat la 1,25.

2.1.3. ncrcarea i mpucarea gurilor de min

Lucrrile de mpucare se execut numai de persoane pregtite n acest sens i autorizateca artificieri.

Efectuarea lucrrilor de mpucare presupune parcurgerea succesiv a trei etape ianume: ncrcarea gurilor cu explozivi, mpucarea lor i controlul locului de munc dupmpucare.

ncrcarea gurilor const n introducerea cartu cu cartu pe gura gurii de min i

mpingerea acestora spre talpa gurii. Cartuul amorsat poate fi introdus primul, ultimul saumedian, dar se pregtete numai n momentul introducerii n gaur.La amorsarea spre gura gurii se asigur ruperea rocilor pe o raz mai mare, ns

randamentul de folosire a gurilor este mai redus dect la amorsarea primului cartu din talpagurii.

Puterea maxim a exploziei se obine la amorsarea unui cartu median. n practic sentlnesc urmtoarele procedee de amorsare a ncrcturilor de explozivi: cu caps pirotehnic,cu caps electric cu fitil detonant i cu detonator intermediar. La lucrrile miniere,ncrcturile din gurile de min se amorseaz cu capse electrice i, mai rar, cu capse

pirotehnice.Dup declanarea exploziei se las timp pentru aerisirea frontului de lucru, apoi se

controleaz frontul i se verific rezultatul mpucrii.Cantitatea total de exploziv folosit la o mpucare, Q, se calculeaz astfel:

PSqQ = [kg/ciclu] (2.25)unde: q este consumul specific de exploziv, kg/m3;S seciunea lucrrii, m2;

P pasul de naintare (m/ciclu).Aceast cantitate de exploziv nu se repartizeaz uniform pe toate gurile de min, ci n

gurile de smbure i n cele de talp se ncarc o cantitate mai mare cu 15-30% fa de restulgurilor.

ncrctura medie pe gaur va rezulta ca medie ponderat a ncrcturilor din toategurile.

Distribuirea cantitii totale de exploziv Q pe cele N guri, din care Ns sunt guri desmbure, iarNt sunt guri de talp, se face dup calcularea numrului gurilor echivalente, NEi a consumului de exploziv pe gaur echivalent, qE.

16


17/169

( )E

EtpE N

QqNNKNN =++= ; (2.26)

unde K = 0,15-0,30 este coeficientul care arat cu ct este mai mare masa ncrcturilordin gurile de smbure i de talp fa de masa restului ncrcturilor.

Avnd valoarea ncrcturii echivalente, ncrctura din fiecare gaur de lrgire i deprofilare va fi egal cu aceasta, iar ncrcturile din gurile de smbure i de talp vor fi:

Ets qKq )1(, += (2.27)

ncrcturile rezultate pe guri de min n urma calculelor se rotunjesc la multiplu de0,1 kg, ntruct cartuele nu se pot divide.

Iniierea ncrcturilor de explozivi din gurile de min se face cu capse, iar ordinea deexplozie a acestor ncrcturi se asigur prin ordinea de aprindere a bucilor de fitil Bickford lacapsele pirotehnice sau prin folosirea unor capse electrice cu diferite trepte de ntrziere.Intervalul de ntrziere ntre trepte se alege n funcie de felul smburelui i tipul capselor.

2.1.3.1. Amorsarea ncrcturilor cu capse pirotehnice i fitil Bickford

Iniierea detonaiei ncrcturilor explozive cu capse pirotehnice i fitil Bickford estepermis numai n minele fr pericol de gaze i praf explozibil, iar numrul ncrcturilormpucate deodat se limiteaz astfel: 8 guri simultan atunci cnd artificierul este obligat s seretrag pe o direcie perpendicular pe suprafaa frontului i maxim 60 de ncrcturi pentru unartificier.

Lungimea fitilelor tuturor capselor care se folosesc la o mpucare n acelai loc demunc este aceeai. Ea trebuie s fie aleas astfel nct timpul de ardere s depeasc sumatimpilor pentru aprinderea tuturor fitilelor i pentru retragerea artificierului la locul deadpostire.

fitaprfitcap vTTNL += )( [cm] (2.28)

unde: Lcap este lungimea fitilului fiecrei capse, cm;Nfit numrul ncrcturilor pe care le mpuc artificierul;Tapr timpul de aprindere a unui fitil, avnd valori de 3-10 s, n funcie de poziia

ncrcturilor;T 60 s timpul pentru retragerea artificierului;vfit viteza de ardere a fitilului ordinar (de obicei este egal cu 1 cm/s la fitilul cu ardere

normal i 0,5 cm/s la fitilul cu ardere lent).

Din considerente de securitate, lungimea fitilului se ia mai mare de 1 m, dar nu maimare dect lungimea fitilului dintr-un colac.n Romnia, la mpucarea n galerii, lungimea minim de fitil pentru o singur gaur

este de 120 cm, crescnd cu cte 10 cm pentru fiecare gaur n plus.Numrul de ncrcturi care se pot mpuca simultan se determin cu relaia:

apr

fit

cap

fit T

Tv

L

N

=[buc] (2.29)

iar consumul de fitil pentru mpucarea unei serii de ncrcturi va fi:

colconcapfitfit nLLNL ++= 1,0 (2.30)

17


18/169

unde: Lcon este lungimea fitilului capsei de control:

fitcapcon vTLL =

ncol numrul de colaci de fitil care se consum la o mpucare.

2.1.3.2. Amorsarea ncrcturilor cu capse electrice

O reea electric de mpucare trebuie s asigure transmiterea curentului electric de lasurs la rezistena electric din tubul capsei. ntr-o reea electric de mpucare se disting:conductorii din detonatori (reofori), conductorii finali, conductori de sector, conductori delegtur i conductori magistrali. Conductorii din detonatori au rezistena electric integrat nvaloarea rezistenei capsei i lungimea lr. Conductorii finali sunt cei de prelungire a reoforilorcapselor pn la gura gurilor, unde se leag la conductorii de sector. Atunci cnd adncimea deamplasare a cartuului amorsat lam 0,7 lr , nu se folosesc conductori de prelungire.

Lungimea conductorilor finali ai unei capse se calculeaz cu relaia:

amfin ll = 2 [m] (2.31)

Legarea ntre doi conductori de sector marginali (la grupuri de ncrcturi distanate) orintre reoforii capselor i linia magistral se face prin intermediul conductorilor de legtur, acror lungime se stabilete n funcie de schema de mpucare i de amplasarea ncrcturilor.La ncrcturi uniform distribuite:

Nalleg = 2,1 (2.32)

unde: a este distana ntre ncrcturi;N numrul ncrcturilor.Conductorii principali fac legtura ntre locul de mpucare i punctul de dare a focului.

Lungimea unui conductor principal este dat de relaia:

lKlm = (2.33)

iar lungimea conductorilor magistralei se calculeaz astfel:

mm lKL = 2 (2.34)

unde: lm este distana ntre locul de mpucare i punctul de dare a focului,lm100 m;

K = 1,1 coeficient de siguran a magistralei.Rezistena electric a conductorilor se calculeaz cu formula:

s

lR

=

[] (2.35)

unde: este rezistivitatea conductorului, m;l lungimea conductorului, m;

s seciunea conductorului, m2.

Pentru calculul unei reele de mpucare cu capse electrice trebuie parcurse urmtoareleetape:- se ntocmete o schem de principiu pentru legarea capselor n serie, paralel sau mixt;

18


19/169

- se stabilete rezistena electric a tuturor conductorilor din circuit, precum i lungimea,seciunea, materialul din care sunt realizai;

- se marcheaz tipul, numrul i rezistenele electrice ale capselor utilizate;- se determin rezistena total a reelei electrice de mpucare;- se determin intensitatea curentului furnizat ntregii reele electrice de mpucare i

fiecrei capse electrice.

Legarea capselor n serie are utilizare frecventdeoarece se realizeaz uor i necesit o surs decurent cu intensitate mic. La aceast schem, reoforiicapselor vecine (sau conductorii finali) se leag ntreei, iar doi reofori a dou capse se leag la conductorii

principali fie direct, fie cu conductori de legtur.

Fig.2.1. Legarea capselor electrice n serie.

La legarea n serie, rezistena electric a reelei de mpucare se determin astfel:

(cfinfinleglegmmtot rrlNrlrlrLR ++++= secsec2 (2.36)

ramlegmtot RRRRR +++= sec (2.37)

unde: rm, rleg, rsec, rfin sunt rezistenele electrice pe 1 m de conductori principali, delegtur, de sector, respectiv finali, m-1;

rc rezistena unei capse electrice, .La legarea n serie capsele trebuie s aib aceeai rezisten, iar rezistena total a reelei

de mpucare nu trebuie s depeasc valoarea admisibil a rezistenei explozorului utilizat.

Intensitatea total a curentului din reeaua electric de mpucare este:

tottot R

UI = [A] (2.38)

n care U este tensiunea la bornele explozorului sau n reeaua electric, V.Intensitatea curentului care trece prin fiecare caps va fi Ic = Itot.Dac la mpucare se utilizeaz surs de curent continuu, valoarea minim a curentului

Icap trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:Icap 1 A, atunci cnd se explodeaz simultan pn la 100 capse electrice;Icap 1,3 A, atunci cnd se explodeaz simultan pn la 300 capse electrice.

Dac se utilizeaz o surs de curent alternativ, trebuie ndeplinit condiia Icap 2,5 Aindiferent de numrul capselor care se explodeaz odat.Legarea capselor n paralel se realizeaz prin alimentarea separat a fiecrei capse de la

circuitul electric de mpucare, necesitnd un numrmare de legturi i o surs de curent mult mai

puternic.Aceast schem nu permite verificarea continuitiituturor circuitelor de mpucare, al cror numr esteegal cu numrul capselor sau al grupurilor de capse.

Fig.2.2. Legarea capselor electrice n paralel.

Rezistena total a reelei de mpucare se determin cu urmtoarea relaie:

19


20/169

ram

ramleglegmmtot N

RrlrLR ++= 2 [] (2.39)

unde: Rram este rezistena unei ramificaii;Nram numrul de ramificaii.

Dac ramificaiile sau capsele au rezistene diferite, atunci rezistena total a reelei dempucare se calculeaz cu relaia:

n

leglegmmtot

RRR

rlrLR1

...11

12

21

+++++=

[] (2.40)

Atunci cnd ncrcturile se aprind de la un explozor, rezistena limit admisibil areelei la conectarea n paralel poate fi determinat cu relaia:

2limp

ct

n

RR = [] (2.41)

unde: Rct este rezistena explozorului, ;np numrul capselor din reea, legate n paralel.Posibilitatea explodrii de la un explozor electric se verific astfel:

limRRtot

n cazul conectrii n trepte paralele, calculul reelei electrice de mpucare se poateefectua cu o eroare admisibil conform urmtoarelor relaii:

c

cfin

mtotn

rRRRR

+++=

2

sec [] (2.42)

n care nc este numrul capselor electrice din reea.Lungimea conductorilor de sector se calculeaz cu relaia:

Nal = 2,2sec [m] (2.43)

n cazul conectrii paralele n trepte, prin fiecare caps va trece un curent cu intensitatediferit. Intensitatea curentului mediu care trece printr-o caps va fi:

c

totc n

II = [A] (2.44)

Dac se conecteaz n paralel grupuri de capse legate n serie, intensitatea curentului lafiecare caps va fi:

ram

totc N

II = [A] (2.45)

iar

tottot R

UI = [A] (2.46)

20


21/169

n care Itot este intensitatea curentului din reea.Legarea mixt se aplic n dou variante: serie-paralel i paralel-serie. La legarea n

serie-paralel(fig.1.3) capsele se mpart n grupuri n care legarea se face n serie, iar grupurilese leag n reea n paralel.

Atunci cnd ramificaiile au rezistene egale, rezistena total a circuitului electric de

mpucare se calculeaz astfel:

ram

rammtot N

RRR += [] (2.47)

Dac ramificaiile au rezistene diferite, rezistena total se calculeaz astfel:

nramramram

mtot

RRR

RR1

...11

1

21

++++=

[] (2.48)

n cazul general, rezistena unei ramificaii cu ngr capse se calculeaz astfel:

cgrlegr rnRRR ++= sec [] (2.49)

Fig.2.3. Legarea n serie-paralel.

Intensitatea curentului n fiecare ramificaie i n fiecare caps a grupurilor care auaceeai rezisten este:

ram

totc NIiI == [A] (2.50)

La legarea n paralel-serie (fig.1.4) capsele din grupuri se leag n paralel, iar grupurilede capse sunt legate ntre ele n serie.

Rezistena total a reelei de mpucare este dat de relaia:

gglegmtot RNRRR ++= [] (2.51)

unde: Rg este rezistena unui grup de capse legate n serie;Ng numrul grupurilor de capse din reea.

21


22/169

Fig.2.4. Legarea n paralel-serie.

Intensitatea curentului la fiecare caps se determin astfel:

gr

gtotc n

NII

= [A] (2.52)

2.1.3.3. Amorsarea non-electric a ncrcturilor

Pentru prevenirea exploziilor intempestive au fost concepute, realizate i experimentatesisteme de amorsare nonelectrice, destinate declanrii detonaiei ncrcturilor explozivefolosite n lucrrile subterane i de suprafa.

Completul detonant NONEL [30] are urmtoarea componen:tub detonant NONEL;distribuitoare detonante (elemente sau blocuri de conectare);capse detonante milisecund tip Nitro-Nobel ;dispozitiv pentru declanarea detonaiei.n prezent, tubul NONEL este realizat n dou variante: tip 3L-standard i tip 3LHD.

Tubul detonant NONEL de tip 3L-standard este confecionat din mas plastic, cucaracteristici superioare, avnd diametrul exterior de 3 mm i cel interior de 1,5 mm. El esteconstruit din trei straturi de mas plastic, fiecare avnd caliti fizico-chimice diferite, dupcum urmeaz:

stratul interior, care formeaz canalul central, are proprieti adezive pentru substanaexploziv pulverulent din interiorul canalului i prezint rezisten radial mare pentru

prevenirea strpungerii tubului la transmiterea undei de oc;stratul de mijloc confer rezisten la traciune i la aciunea agenilor chimici i

petrolieri;stratul exterior confer rezisten la abraziune i protecie fa de aciunea razelor

ultraviolete.Substana exploziv care acoper partea interioar a tubului se prezint sub forma unei

pulberi foarte fine, cu greutatea de 20 mg/m.Tubul prezint siguran mpotriva efectelor de autodetonare, nu este bun conductor de

electricitate i arde sub aciunea efectelor termice, dar nu explodeaz.ncrctura exploziv din interiorul tubului NONEL se amorseaz cu uurin i

detoneaz cu o vitez de 2000 m/s, ceea ce corespunde cu 0,5 milisecunde pe metru liniar detub. Unda detonant, fr influen asupra mediului nconjurtor, se propag n interiorultubului i este suficient de puternic pentru a provoca explozia unei capse detonante.

Tubul Nonel de construcie obinuit se folosete la temperaturi de pn la +50C.Tubul detonant NONEL de tip 3LHD are diametrul exterior de 3,7 mm, este mai dur, are

rezisten mai mare la uzur i traciune i se folosete pentru lucrri speciale i la mpucrilesubacvatice.

22


23/169

Capsele detonante tip Nitro-Nobel sunt cu microntrziere i au intervale de ntrziere de25, 100 i 150 ms. Capsele milisecund cu interval de 25 ms au 18 trepte numerotate de la 3 la20, cele de 100 ms au 6 trepte i sunt marcate cu 24, 28, 42, 36, 40, 44 i, n sfrit, cele cuintervale de 150 ms sunt marcate cu 50, 56, 62, 68, 74 i 80.

2.1.3.4. Amorsarea ncrcturilor cu fitil detonant

Iniierea explozivilor cu fitil detonant se utilizeaz n minele de minereuri metalifere inemetalifere.

Fitilul detonant const dintr-un miez format din explozivi de iniiere (pentrit, ten,hexogen) cu o greutate de 3-100 g/m, prin centrul cruia trece un fir de bumbac i un nveliformat din trei straturi de bumbac sau in, protejat n exterior de un nveli de mas plastic.Pentru a se deosebi de fitilul Bickford, nveliul de mas plastic este colorat n rou, verde,albastru sau portocaliu. Fitilul detonant transmite detonaia pe diverse ramificaii cu aceeaivitez i n acelai timp. Are diametrul de 4,6-6,3 mm i viteza de detonaie de 6000-7000 m/s.Iniierea lui se face cu o caps detonant pirotehnic sau electric. Datorit izolaiei sale, fitiluldetonant i pstreaz calitile detonante i n medii umede.

Tabelul 1.5. Fitile detonante utilizate n Romnia.

Tipul fitilului

CaracteristiciViteza dedetonaie

m/s

Diametrulexterior

mm

ncrcturag/m

DETOCORD P 12 (Romnia) 6000-7000 5,3 12DETOCORD P 20 (Romnia) 6000-7400 6,1 20DETOCORD H 20 (Romnia) 6000-7400 6,3 20

DYNACORD (Germania) 6500 5,3 12

DETONEX (Elveia) 7000 5,2 12NP-V (Cehia) 6000 5,5 12,5NPK (Germania) 6000-7400 5,0 12

n strintate se fabric fitile detonante cu ncrcturi explozive mrite (20-100 g/m)termorezistente, antigrizutoase, rezistente la solicitri mecanice i presiuni mari.

Pentru mpucri n mas deosebit de pretenioase, se folosete fitilul detonant dublu.

2.1.4. Aerajul frontului de lucru

n urma efecturii mpucrii are loc aerajul frontului de lucru, care const n preluareaunui debit redus din curentul principal de aeraj i dirijarea lui n frontul de lucru n vedereadilurii i evacurii gazelor i a prafului. Vehicularea aerului se poate realiza prin difuzie saumecanic.

Aerajul prin difuzie este admis numai n mine negrizutoase i pentru lucrri cu lungimeamaxim de 10 m.

Aerajul mecanic se realizeaz prin introducerea unei coloane de tuburi pe lungimealucrrii n vederea antrenrii aerului pentru a separa curentul de aer proaspt de cel viciat. Acesttip de aeraj poate fi aspirant, refulant sau combinat.

Aerajul aspirant (fig.2.5, a) const n evacuarea aerului viciat prin tuburi, locul luifiind luat de aerul proaspt vehiculat prin lucrarea minier. n acest fel sunt localizate gazele i

praful, mpiedicnd formarea noxelor, ns are eficien redus asupra frontului de lucru.

23


24/169

Aerajul refulant (fig.2.5, b) se realizeaz prin antrenarea aerului proaspt prin tuburi ievacuarea aerului viciat prin lucrarea minier. Acest tip de aeraj nu este recomandat pentrulucrri miniere cu lungime mai mare de 200m, deoarece gazele se evacueaz prin lucrareaminier, iar personalul muncitor nu se poate apropia de frontul de lucru dect dup ncheiereaaerisirii.

a b cFig.2.5. Scheme de aeraj parial:

a aspirant; b refulant; c combinat.

Aerajul combinat (fig.2.5, c) folosete o coloan de tuburi pentru vehicularea aerului

proaspt spre frontul de lucru i o alt coloan pentru evacuarea aerului viciat.Deoarece pe coloana de aeraj apar pierderi (tabelul 2.6), debitul ventilatorului (Qv)

trebuie s fie mai mare dect debitul necesar:

fv QP

Q

+=

1001 [m3/min] (2.53)

unde: Peste pierderea de debit, %;Qf debitul de aer proaspt necesar n frontul de lucru.

Tabelul 1.6. Valorile pierderilor de debit pe tuburi metalice noiDiametrultubului[mm]

PierderileP[%] la lungimea coloanei [m]

100 200 300 400 500

300 13 26 39 49 58400 5 20 31 39 47500 9 23 29 37600 5 9 17 28700 5 13 26

Pentru aerisirea lucrrilor miniere se folosesc ventilatoare axiale sau centrifugale cuacionare pneumatic, electropneumatic sau electric, iar tuburile de aeraj pot fi rigide (din oelsau mase plastice) sau flexibile (din pnz impregnat sau cauciuc).

Debitul de aer proaspt necesar n frontul de lucru, Qf, se calculeaz astfel :la aerajul aspirant:

1LSAt

CQfa = [m3/min] (2.54)

la aerajul refulant:

21 )( mfr LSAt

CQ = [m3/min] (2.55)

unde: t timpul afectat aerisirii frontului pentru a ajunge la o concentraie degaze sub 0,008%, echivalat n CO convenional, (t=15-30 min);

A cantitatea de exploziv folosit la o mpucare, kg;

24


25/169

S seciunea lucrrii, m2;L1 lungimea de mprtiere a gazelor dup explozie, (L1 = 2A+10);Lm lungimea minim a lucrrii miniere pe care se dilueaz gazele sub limita admis;

dacLm este mai mare dect lungimea lucrrii, n calcule se va folosi lungimea lucrrii:

S

KAL

m

=

500

unde K este coeficient de difuzie turbulent, avnd valoarea proporional cu distana dela coloana de aeraj la front i invers proporional cu diametrul tubului de aeraj, (K = 0,2-1).

2.1.5. ncrcarea i evacuarea rocii

ncrcarea rocii se poate face fie manual cu lopata, fie mecanizat cu instalaii de screpersau cu maini de ncrcat.

Dup modul de lucru, mainile de ncrcat pot fi: de tip lopat mecanic, cu cup idescrcare pe spate, cu cup i descrcare lateral, cu cup i transportor intermediar, maini dencrcat i transportat, maini de ncrcat cu aciune continu.

Tabelul 1.7. Maini de ncrcat i transportat romneti

CaracteristiciUnitatea

de msurTipul mainii

MIS-1P MIT-1P MIT-2PCapacitatea de ncrcare m3/h 8-20 15-45 60-150

Viteza de deplasare m/s 1,2 1,2 1,0Lungime,L mm 2960 2660 3570Lime,B mm 1430 1775 2170

nlime maxim,H1 mm 2085 2200 2680

nlime de descrcare, C mm 460 320 650Ampatament,A mm 900 1004 1200Masa net kg 2500 3590 7240

2.1.6. Susinerea galeriilor

Rolul susinerii miniere este de a limita deformaiile pe care tensiunile din masiv tind s leproduc n rocile nconjurtoare i de a menine lucrarea minier n stare funcional.

Pentru a nu permite dezvoltarea n timp a deformaiilor, lucrrile miniere trebuie susinuteimediat dup ce au fost executate.

2.1.6.1. Susinerea metalic

Susinerea metalic este destinat lucrrilor miniere de deschidere i pregtire,construciile de susinere din oeluri aliate de calitate superioar avnd o extindere mare datoritnumeroaselor avantaje pe care le ofer.

La susinerea lucrrilor miniere, cea mai mare rspndire o au profilele de tip clopot icele de tip jgheab, cunoscute sub denumirea de profile TH (Toussaint Heintzmann), ilustraten fig.1.6.

25


26/169

Fig.1.6. Profile laminate:a profil clopot AM-22; b profil SG-18; c profil SG-23.

Tabelul 1.8. Caracteristici comparative ale profilelor AM i SG

ProfilSeciune

cm2Greutate

kg/mIx

cm4Wxcm3

Iycm4

Wycm3

AM-22 27,40 21,50 195,4 43,1 290 44,0

SG-18 23,34 18,2 229,84 47,0 299,25 50,6SG-23 29,90 23,30 379,0 67,0 464,1 71,3

Cadrele de susinere laminate serealizeaz din 2-4 elemente curbate sau, mairar, drepte, care se asambleaz la locul demontare cu ajutorul unor bride sau cu eclise iuruburi (fig.2.7).

Fig.2.7. Bride de strngere.

Din punct de vedere al particularitilor constructive i al comportrii sub influenapresiunii miniere, cadrele de susinere din profile metalice pot fi elastice sau rigide.

Susinerea elastic este destinat lucrrilor miniere de pregtire executate n strat sau nculcuul stratelor aflate sub influena lucrrilor de abataj. Frecvent, preced susineriledefinitive n calitate de susinere provizorie. Dup numrul elementelor i profilul lucrrii sedisting susineri elastice din trei elemente pentru galeriile cu tavan boltit i susineri elastice din3-4 elemente pentru galeriile cu profil circular.

Susinerile elastice din trei elemente, denumite deseori i susineri culisante, suntexecutate din profile TH clopot i jgheab de diferite mrimi: 16, 21, 26, 29 i 30 kg/m.

Susinerile elastice din trei elemente se construiesc ntr-o mare varietate de tipuri, nconcordan cu direcia din care presiunea se manifest cu intensitate maxim. n funcie de

acest factor se disting susineri elastice cu

26


27/169

amplasarea simetric a elementelor de glisare fa de axa vertical a seciunii lucrrilor minierei susineri elastice asimetrice (fig.2.8).

Fig.2.8. Susineri elastice.

Susinerile elastice cu amplasarea simetric a elementelor de glisare (fig.2.9), executatedin profile TH, sunt destinate lucrrilor miniere de pregtire situate n zona de influen aabatajelor. De asemenea, pot fi folosite n lucrrile miniere de deschidere n calitate de susineri

provizorii. Exploatarea lor este raional dac presiunea se manifest din tavanul lucrriiminiere, deoarece elementele culiseaz n acelai sens cu direcia de exercitare a presiunii.

Fig.2.9. Susinere metalic TH cu aezare Fig.2.10. Galerie simpl cu tavan boltit susinut cu

simetric a grinzii: 1 dispozitiv de mbinare; metal 2 strngtori; 3 talp de lemn; 4 saboiGSM 5,4.

Susinerea const din dou elemente laterale arcuite sau drepte, care se mbin cuelementul arcuit al grinzii (fig.2.10). n punctul de mbinare, grinda ptrunde telescopic nstlpii laterali pe o poriune de 300-400 mm, unde se va strnge cu ajutorul a dou bride saucoliere.

Pentru oprirea cderii rocilor ntre cadrele metalice, pereii i tavanul galeriei sebandajeaz cu material lemnos, cu tabl metalic, mpletitur de srm, prefabricate din betonarmat, plas din materiale plastice .a.

Susinerea circular elastic din patru elemente egale (fig.2.11) este destinat lucrrilor

miniere de pregtire amplasate n zona de influen a abatajelor, care preia presiuni complexedin tavan, perei i vatr, pentru care nu se justific utilizarea susinerilor deschise din treielemente. Datorit numrului mrit de puncte de mbinare, gradul de cedare crete pn la 450-500 mm.

27


28/169

Fig.2.11. Galerie simpl circular GSM-4,6.Dimensionarea [5, 40] susinerilor metalice (fig.2.12) din profile TH se face conform

urmtoarei metodologii de calcul:

Fig.1.12. Schema de calcul pentru dimen-sionarea susinerii n arce metalice.

nlimea bolii de echilibru:

f

lhb = [m] (2.56)

unde: l este limea de calcul a arcului,m;

f coeficient de trie a rocilor.Intensitatea presiunii la tavan:

Lhq b = [tf/m] (2.57)

unde: este greutatea volumetric;L distana dintre cadrele de susinere, m.

mpingerea orizontal:pentru susinerea rigid:

0

2

8f

lqH

= [N] (2.58)

pentru susinerea elastic:

28


29/169

00

2

8 f

rQ

f

lqH e

= [N] (2.59)

unde: f0 este nlimea de calcul a arcului, m;r raza curburii grinzii metalice, m;

Qe mrimea mpingerii elastice a rocilor laterale (sarcina pe pereii lucrrii):

100

qkQe = [N]

n care k este coeficientul mpingerii elastice a rocilor laterale (orientativ se ia de 6-7 orimai mare dect seciunea transversal a lucrrii miniere n lumin).

Reaciunea n punctele de reazem (la baza stlpilor):

2

lqBA

== [N] (2.60)

Momentul maxim ncovoietor:pentru susinerea rigid:

0

2

00max 2

1

22

1yHx

qxAM

= [Nm] (2.61)


)(2

1

22

100

2

00max hyQyHxq

xAM e = [Nm] (2.62)

n care x0 i y0 sunt coordonatele punctului mn de pe contur supus la solicitare maxim.x0 se determinat astfel:pentru susinerea rigid:

20

42

0 64 f

lrx

= [m] (2.63)


( )2

22

0q

QHrx

+= [m] (2.64)

y0 se determin cu formula:

hxry += 202

0 [m] (2.65)

Modulul de rezisten al arcului metalic:

29


30/169

[ ]i

MW

max= [cm3] (2.66)

Verificarea rezistenei la ncovoiere a profilului:

11

max

F

N

W

M xi += (2.67)

n care: W1 este modulul de rezisten al profilului ales, cm3;F1 seciunea profilului ales, cm2;Nx efortul de compresiune axial n seciunea periculoas:

pentru susinerea rigid:

r

hyH

r

xx

lq

r

xANx

+= 000

0

2

pentru susinerea elastic (culisant):

r

hyQ

r

hyH

r

xx

lq

r

xANx

+= 0000

0

2

n care h este lungimea cuprins ntre vatra lucrrii i centrul razei superioare.

2.1.6.2. Susinerea cu beton

Susinerea cu beton este rigid i, ca atare, este destinat lucrrilor miniere dedeschidere cu durat mare de serviciu, amplasate n afara zonei de influen a abatajelor. Oasemenea susinere este ignifug, cu rezisten aerodinamic redus i necesit un volum redusde lucrri de ntreinere.

Pentru ca betonul s preia preponderent sarcini de compresiune, profilul lucrrii minierese alege boltit.

Profilul cel mai frecvent utilizat pentru susinerea lucrrilor cu presiuni din tavan este cuperei drepi i tavan boltit (fig.2.13). Atunci cnd lucrrile miniere sunt amplasate la adncimimari sau n formaiuni care dau natere la presiuni multilaterale, se utilizeaz susinerea cu

profil circular, eliptic sau potcoav i vatra zidit ori betonat (fig.2.14).Punerea n oper a betonului se poate face fie prin turnare n spatele unui cofraj, fie prin

proiectare direct pe conturul lucrrii, fr utilizarea cofrajului.

Fazele principale ale betonrii cu cofraj sunt: construirea cofrajului, turnarea betonului idecofrarea.Cofrajul este compus din cintre de lemn sau metal aezate n cmpuri de 0,8-1 m, peste

care se aaz scnduri de brad sau tabl neagr. Cofrajelemetalice sunt concepute astfel nct s poat fi montate i demontate n scurt timp.

30


31/169

Fig.2.13. Galerie dubl betonat (GDB 9,0) avnd bolta cu trei centre.

Fig.1.14. Galerie dubl betonat cu radier.

Betonul se toarn manual sau mecanic ntre suprafaa exterioar a cofrajului i roc ipoate fi preparat la faa locului sau la o staie central de preparare a betonului.

Pentru creterea vitezei i productivitii la betonare, refularea betonului n spatelecofrajelor se face cu ajutorul pompelor.

Betonarea fr cofraje include dou procedee: mortarul de ciment stropit sau torcretat ibetonul stropit, cunoscut sub numele de pri-beton.

Mortarul de ciment gras stropit sau torcretat este procedeul de refulare pneumatic pesuprafaa profilului lucrrii miniere a unui amestec de ciment, nisip i acceleratori de priz.Dimensiunile maxime ale acestui amestec nu depesc 8 mm. n caz contrar, amestecul estenumit beton proiectat sau pri-beton.

Torcretul are urmtorii componeni: ciment, nisip i ap. Pentru obinerea unui torcret decalitate se recomand utilizarea cimenturilor superioare de marca 400-500. Cantitatea de cimentla 1 m3 de torcret depinde de granulometria nisipului, compoziia amestecului i direcia jetuluide torcret n raport cu suprafaa rocilor. Nisipul pentru torcret trebuie s fie curat, s aibumiditatea de 4-6 % i granulometria cuprins ntre 0,15 mm i 8 mm. Raportul ap-ciment sestabilete experimental, valorile oscilnd ntre 0,3 i 0,35. Torcretul cu rezisten i densitateridicat se obine prin utilizarea unei compoziii cu valori cuprinse ntre 1:2 i 1:4.

Torcretul este impenetrabil fa de infiltraiile de ap la presiuni mai mici de 6-8atmosfere i poate fi utilizat n calitate de susinere provizorie i definitiv. n calitate desusinere provizorie, torcretarea urmrete ndeaproape avansarea frontului de lucru, iar

31


32/169

grosimea stratului de torcret de 5 cm reuete s protejeze rocile mpotriva alterrii, smpiedice infiltraiile de ap i formarea de copturi. n calitate de susinere definitiv, grosimeastratului de mortar crete pn la 50-70 cm i poate fi extins n lucrrile miniere care strbatroci cu trie medie i mare, cu tendin de alterare.

n cazul rocilor cu trie mic pentru care construciile miniere trebuie s aib portanridicat, torcretul poate fi asociat cu plase metalice, fixate cu ajutorul susinerilor ancorate

(fig.2.15).

Fig.2.15. Asocierea susinerii torcretate cu susinerea ancorat.

Tehnologia torcretrii include efectuarea succesiv a urmtoarelor operaii: copturireapereilor, curirea suprafeei rocii de praf cu ajutorul unui jet de ap sau aer, umectareaprealabil a rocii, fixarea plaselor metalice i a susinerilor ancorate i refularea torcretului.

Operaia de torcretare se realizeaz cu ajutorul mainilor acionate electric sau pneumatic.Dup principiul de funcionare, acestea se mpart n dou categorii: maini cu aciune continui maini cu aciune discontinu. Mainile din a doua categorie asigur obinerea unei

productiviti mai ridicate cu 40% fa de primele, reuind s transporte materialul la distane de10-30 ori mai mari.

Susinerea cu prefabricate zidite are extindere att n minele de minereuri ct i n celede crbuni. n ara noastr, elementele prefabricate utilizate pentru zidirea lucrrilor minieresunt bolarii de min sau betonitele, cu o greutate de 30-35 kg i rezistena la compresiune de100-150 kgf/cm2. Betonul folosit pentru fabricarea bolarilor are urmtoarea compoziie: 1:2:3

pentru lucrri miniere uscate i 1:1:2 pentru lucrri miniere cu infiltraii de ap.La zidiri drepte, forma bolarilor este paralelipipedic (fig.2.16, a), pan (fig2.16, b)

pentru boli de galerii, rostogoluri i puuri sau special (fig2.16, c) pentru galerii circularesusinute n inele de bolari.

a b c

Fig.2.16. Bolari de min:a form paralelipipedic; b form pan; c form special.

Tehnologia de executare a susinerilor n bolari este analog celei cu beton turnat. Dupbetonarea sau zidirea vetrelor se trece la montarea cintrelor, a cofrajelor, iar apoi la zidireabolarilor. Bolile se zidesc pe tronsoane scurte, de 0,2-0,3 m, deoarece necesit atenie mareatt nchiderea lor ct i umplerea din spatele zidriei.

Pentru obinerea unui grad de elasticitate a susinerii cu zidrie, ntre bolari se potintercala elemente compresibile cu rezistena la compresiune mai mic dect a lor (scnduri delemn, de exemplu), ca n fig.2.17.

32


33/169

Fig.2.17. Galerii simple susinute cu bolari.

Dimensionarea susinerii de beton se face pe baza urmtoarelor formule:Pentru susinerea cu beton proiectat:

3

4,4

fK

ad

= (2.68)

unde: d este grosimea bolii, cm;a semideschiderea arcului de bolt, cm;

K rezistena admisibil la compresiune a materialului pentru susinere, daN/cm2:

c

RK c=

Rc rezistena la compresiune a betonului, daN/cm2

;c coeficient de siguran (c = 3-5);f coeficient de trie a rocii din tavan, aproximativ egal cu c/100.

Pentru susinerea cu beton turnat:

6

4,4

fK

ad

= (2.69)

sau:ad += 048,01,0 [m] (2.70)

Att pentru susinerea cu beton turnat ct i pentru cea cu beton proiectat poate fiutilizat i urmtoarea formul:

3

25

fC

Bd

= [m] (2.71)

unde: C este cantitatea de ciment la 1 m3 beton (C = 300-500 kg);B limea lucrrii miniere, m.

Cadrele prefabricate din beton armat se folosesc pentru susinerea galeriilor n carepresiunea minier se dezvolt la scurt timp dup derocare. n acest scop s-au realizat cadre dinmai multe elemente drepte sau curbate din beton armat (fig.1.18) care se mbin fie cap la cap,fie intercalndu-se ntre capete buci de lemn atunci cnd se dorete obinerea elasticitii [40].

33


34/169

Fig.1.18. Scheme de susinere cu cadre prefabricate din beton armat.

2.1.6.3. Susinerea cu ancore

Executarea lucrrilor miniere duce la anomalii create de redistribuirea tensiunilor nmasivul de roci, care au drept urmare apariia fenomenelor de convergen a tavanului, pereilori vetrei sau desprinderea unor buci de roc din masiv sub form de copturi. Fenomenele deconvergen provoac n rocile stratificate dezvoltarea unor fore de forfecare, determinnd ncele din urm prbuirea fiilor de roc.

Pentru consolidarea pachetului de roci se utilizeaz susineri ancorate, care se comportca o grind monolit rezemat pe suprafeele laterale ale galeriei. Susinerea ancorat esteconstituit dintr-o tij metalic introdus n beton sau rin sintetic i prevzut la o

extremitate cu un dispozitiv care se fixeaz sau se ancoreaz n gurile de min (fig.2.19), iar lacaptul opus, cu un dispozitiv de strngere. Cu ajutorul ei, pachetul de roci situat ntre punctulde fixare sau ancorare i punctul de strngere este comprimat i consolidat. Zona consolidat

preia presiunea minier, iar masivul de roci devine autoportant.Dup modul de fixare, ancorele pot fi cu cap de expandare (cu pan sau cu cochilie),

cimentate sau fixate prin friciune.

Fig.1.19. Consolidarea rocilor Fig.1.20. Ancor cu pan:cu susinere ancorat. 1 pan; 2 tij; 3 piuli; 4 bacuri.

Ancorele cu fga i pan sunt constituite dintr-o tij de oel cu diametrul de 25-30 mm,care la unul din capete are o despictur cu lungimea de 15-20 cm pentru a face loc penei, iar lacellalt capt este filetat pe o lungime de 15-20 cm. Extremitatea crestat a tijei mpreun cu

pana de oel se introduc n gaura de min (fig.2.20). Pana se sprijin pe talpa gurii, apoi se batetija la capul exterior, care prin deplasare produce ptrunderea penei n fgaul tijei, deschizndastfel flcile care strng puternic n pereii gurii.

Pe captul filetat al tijei, rmas n afara gurii de ancorare, se monteaz o plcu de bazi cu ajutorul unei piulie se strnge de peretele lucrrii miniere cu o for de pretensionare de

40-80 kN, care asigur i fixarea n gaur.

34


35/169

Ancorele descrise pot s se fixeze puternic n pereii galeriilor dac rocile din talpa guriiopun o rezisten suficient penelor metalice i nu admit penetrarea acestora sub influena

percuiilor.Ancorele cu cap de fixare expandabil (cu cochilie) utilizeaz acelai principiu de

funcionare, ns au o tehnologie de execuie mai complex (fig.2.21). O pan central estesolidarizat cu tija, care se termin cu o piuli hexagonal. Rotind tija prin intermediul piuliei,

pana coboar i deschide cele dou bacuri, determinnd astfel ptrunderea lor n pereii guriide min i fixarea ntregii tije.Ancorele cu teac de expandare (fig.2.22) se utilizeaz frecvent la montaje subterane de

scurt durat i nu necesit coresponden ntre lungimea ancorei i a gurii de min, putnd firecuperate integral. Pentru plantarea unei astfel de ancore, tija care are sudat o plac tronconicla unul din capete se introduce ntr-o eav de oel cu tieturi de 15-20 cm pe 4-6 generatoare.eava se introduce mpreun cu tija n gaura de ancorare, iar pe capul filetat al tijei se introduce

plcua de baz i se strnge cu o piuli.

Fig.1.21. Ancor cu cochilie. Fig.1.22. Ancor cu teac de expandare:1 eav despicat pentru expandare; 2 tij.

Ancorele cimentate realizeaz aderena ntre tij i pereii gurii pe ntreaga lungime saunumai pe o poriune [7]. Dup modul de introducere a mortarului de ciment n gaur se distingdou procedee: Injecto i Perfo.

Procedeul Injecto const n umplerea gurii de min cu mortar sau ciment i introducereaunei tije metalice canelate (fig. 2.23) sau a unor cabluri de min mai vechi (fig. 2.24).

Fig.2.23. Montarea ancorelor Fig.2.24. Ancora din cablu Cabolt.dup procedeul Injecto.

Dup epuizarea perioadei de priz a mortarului este asigurat aderena ntre tij i rocilenconjurtoare i totodat o portan ridicat, capabil s preia efortul. Captul tijei rmas n

afara gurii de min este prevzut cu filet i piuli.ncrcarea materialului n guri se execut cu ajutorul unei pompe pneumatice. Lasfritul operaiei de refulare a betonului are loc introducerea tijei metalice, iar dup epuizarea

35


36/169

timpului de ntrire a mortarului se bandajeaz tavanul lucrrii miniere cu plci sau tablgroas, combinate uneori cu plase metalice fixate cu piuliele tijelor.

Utilizarea cablurilor flexibile n locul tijei (fig.2.25, fig.2.26) are urmtoarele avantaje:cablurile pot fi introduse n gaura de min la orice lungime, din spaii nguste; sunt relativieftine; au portan mare; prezint rezisten la coroziune.

Fig.2.25. Ancora din cablu Flexitrope. Fig.2.26. Ancora din cablu Dywidag.

Experiena n domeniul susinerilor ancorate din cabluri pune n eviden conlucrareaeficient a acestui tip de susinere cu rocile nconjurtoare, n condiiile unor solicitri extremei manifestri de sarcini dinamice. Constructiv, tijele de ancorare reprezint tronsoane decabluri de min uzate cu diametrul de 25 mm sau 28 mm, asigurnd astfel spaiul necesarintroducerii liantului de fixare n guri de ancorare cu diametrul de 52 mm respectiv 55 mm.Lungimea tronsoanelor de cabluri se alege n funcie de condiiile geomecanice ntlnite.

Din punct de vedere al modului de implantare n masivul de roc, ancorele din cabluri potfi de tip rigid cnd se monteaz individual, fiind tensionate n gurile de min prin intermediul

plcilor de fixare sau de tip flexibil cazul sistemului Flexibolt, cnd ambele capete alecablului sunt implantate n roc, tensionarea realizndu-se cu ajutorul unor dispozitive specificede ntindere a cablului.

Fixarea ancorelor n gurile de min se poate realiza prin dou procedee:fixarea mecanic de tip punctiform a tijei rigide de ancorare n gaura de min;fixarea n regim relaxat a tijelor rigide i flexibile de ancorare prin intermediul liantului de

legtur, pe toat lungimea gurii.

a b c dFig.1.27. Montarea ancorelor rigide din oel: a execuia gurii de ancorare;b introducerea i fixarea ancorei; c montarea tijei de injectare i a dopului;

d injectarea cu mortar de ciment pe toat lungimea gurii.Montarea ancorelor din cabluri flexibile cu ajutorul liantului de legtur necesit

parcurgerea fazelor ilustrate n fig.2.27.Calitile principale ale ancorelor din cabluri sunt date de portana lor ridicat (pn la

200 kN), rezisten mare la forfecare i posibilitate de reglare a maleabilitii n funcie degrosimea pachetului de roc ce trebuie consolidat. n acest caz, nlimea de ancorare nu este

36


37/169

limitat i, ca urmare, acest fapt reprezint un avantaj extrem de important la execuia lucrrilorminiere de deschidere i pregtire situate n zona de influen a abatajelor.

Procedeul Perfo este utilizat la ancorarea rocilor poroase, puternic fisurate i chiar slabconsolidate. n gaura de min se introduc doi recipieni de tabl perforai, umplui n prealabilcu ciment (fig.2.28). Introducerea tijei metalice n interiorul recipientului determin evacuareaunei anumite cantiti de mortar prin orificii, care ader cu rocile nconjurtoare i duce la

fixarea tijei metalice. Ancorele fixate cu rini sintetice se introduc ncapsule bicesuport care conin o rin poliesteric i un catalizator cu agent de ntrire.Capsulele se introduc apoi n gaura de min, iar mpingerea tijei duce la deschiderea lor i laintrarea celor dou substane n reacie de polimerizare (fig.2.29, fig.2.30).

Fig.2.28. Procedeul Perfo.

Utilizarea rinilor sintetice [43] n consolidarea tijelor de ancorare prezint avantajul c,ntr-un interval de timp relativ scurt, se realizeaz ancorarea tijelor n cele mai variate tipuri deroci.

Fig.2.29. Consolidarea tijei cu Fig.2.30. Consolidarea tijei cu ajutorul rinilorajutorul rinilor sintetice. poliesterice: 1 tub cu rin poliesteric;

2 accelerator de priz; 3 tij metalic.Rinile sintetice sunt de diferite tipuri, fiind introduse n fiole de sticl sau de plastic ce

vor fi sparte la introducerea prin rotire a tijei ancorei n gaura de min. La unul din capete,fiolele sunt prevzute cu un dispozitiv de reinere sub form de stea (fig.2.31), care mpiedicalunecarea din gaura de min.

37


38/169

Fig.2.31. Fiol cu rin sintetic:1 camer pentru rin; 2 camera acceleratorului de priz; 3 capac.

n Europa se utilizeaz pe scar larg fiolele cu rini produse de firma CarboTech dinEssen, al cror coninut este constituit dintr-o rin poliesteric nesaturat, stirol i umpluturmineral. Acceleratorul este un peroxid organic.

Pentru adaptarea la cerinele de lucru, aceste fiole se livreaz cu urmtorii timpi desolidificare: 20-28 s; 1-2 min; 2-3 min.

Tabelul 2.9. Caracteristicile fiolelor cu rini CarboTech.

Diametrumm

Lungimemm

Volumcm3

Unitatede

ambalajbuc/cutie

Greutatekg

23

300500600750

125208249311

30

7,812,814,519,0

28

300500600750

185308369462

20

7,712,615,118,7

32

300500600750

241402483604

15

7,712,815,219,1

Se acord atenie sporit raportului dintre diametrul gurii de min i diametrul tijeiancorei (tab.2.10).

Tabelul 1.10.Corelarea ancorei cu gaura de min.

Diametrultijeimm

Lungimea tijeim

Diametrulguriimm

Numrul, diametrul ilungimea fiolei curini

201,21,832,4

282 25/4003 25/6005 25/600

251,21,832,4

352 32/4003 32/4004 32/400

32

1,2

1,832,4 43

3 36/300

5 36/3006 36/300

38


39/169

Utilizarea acestui procedeu de ancorare permite obinerea rezistenei la consolidare arocilor n doar cteva minute de la implantarea tijei, rezistena ancorei la traciune-smulgereajungnd la 60-70 kN, iar n timp putnd crete pn la 180-220 kN, n funcie de tipul riniiutilizate. Domeniul de utilizare al acestui tip de ancore l reprezint lucrrile miniere cu duratde funcionare relativ redus.

Ancore cu fixare prin friciune cu rocile nconjurtoare.Procedeul Split Setconst n

utilizarea unui tub metalic de form tronconic i a unei plci de sprijin. Pentru fixarea plcii desprijin pe suprafaa frontului de lucru, ancora este prevzut cu un inel de reazem care, la rndullui, se sprijin pe captul superior al tijei prevzut cu guler. Tubul metalic de ancorare, cugrosimea de 2,5 mm i diametrul de 45 mm, este despicat pe toat lungimea sa.

Principiul de fixare al acestei ancore const n reducerea diametrului iniial pe msuraintroducerii forate a tijei n gaura de min, lucru posibil datorit existenei despicturii longi-tudinale a ancorei.

Odat introdus n gaura de min, tija se comprim pe toat lungimea, devenind un sistemdinamic de susinere, datorit presiunii radiale exercitate prin cursa de revenire a tijei ladiametrul su iniial. Astfel se dezvolt o for de comprimare radial, care determin fixarearocilor n profunzime. Placa de reazem asigur, la rndul ei, consolidarea rocilor prin contactul

frontal cu pereii lucrrii miniere, comprimnd zona cu o for de 25 kN.

Fig.2.32. Ancora Split Set: 1 tij metalic; 2 plac de reazem; 3 - inelde fixare; 4 gaur de min.

Procedeul Swellex de fixare a ancorelor const n gonflarea elastic a tijelor metalicetubulare prin refularea sub presiune a agentului hidraulic (ulei sau ap) n spaiul ermetic dininteriorul tijei pn la producerea efectului de comprimare asupra pereilor gurii de min(fig.2.33).

Cele mai utilizate metode pentru dimensionareasusinerii ancorate sunt: metoda Bieniawski, metoda

grinzii autoportante i metoda interaciunii masiv derocancortimp.Metoda Bieniawskiare la baz ipoteza sarcinilor

date din interiorul bolii de echilibru ce se formeaz nacoperiul lucrrii miniere.

Fig.2.33. Fixarea ancorei Swellex:

a creterea gradului de consolidare a rocilor;b eforturi radiale n urma gonflrii tijei.nlimea bolii de echilibru, hb:

39


40/169

BkkkRMR

hb 100

100 321 = [m] (2.72)

unde: RMR este indicele Bieniawski, care poate avea valori n intervalul20-100 n funcie de tipul i natura rocilor interceptate (tab.2.11)k1 coeficient ce ine cont de metoda de spare a lucrrii miniere:

k1 = 1, n cazul sprii cu combina;k1 = 0,94, n cazul sprii prin perforare-mpucare, n condiiibune de lucru;

k1 = 0,80, n cazul sprii prin perforare-mpucare, n condiiigrele de lucru;

B limea lucrrii miniere, m.

Tabelul 2.11. Valoarea indicelui RMR

Tria rocii RMR

Parametrii de rezisten ai rocii

Coeziunea

MPa

Unghiul de frecareinterioar

gradeMoale 20-40 40Lungimea ancorei, La:

x

ba

hBL

=2

2

[m] (2.73)

unde: este greutatea volumetric a rocilor din acoperi, t/m3;x tensiunea orizontal, MPa.

Dac nu se cunoate tensiunea orizontal, se poate folosi relaia:

25,8 ba hBL = [m]

Portana ancorei, Pa:

( )()( ,min rarvtaP = [kN] (2.74)

unde: t(v) este rezistena la traciune a oelului de execuie, MPa;r(a-r) rezistena de rupere a sistemului ancor-roc, MPa;

Distana dintre ancore, da:

b

aa h

Pd

=

5,1[m] (2.75)

Raportul ntre lungimea ancorei i distana dintre ancore trebuie s se situeze n intervalul:

22,1 50 106 N/m2.n cazul unor presiuni mai mari, cnd grosimea digului cilindric cu un singur pinten

depete necesarul de 150 cm, se va proiecta un dig cu mai muli pinteni.

Fig.7.7 Forma i elementele geometrice ale digului cilindric de hidroizolare

7.2.2.2.2. Calculul digurilor tronconice

a) Calculul digurilor tronconice din zidrien conformitate cu forma i elementele geometrice ale digului tronconic prezentat n

fig.3.8, grosimea acestui tip de dig se stabilete din condiia:

144


145/169

Fig.7.8. Forma i elementele geometrice ale digului tronconic de hidroizolare.

cmr

a

pR

rpd

xc

x ,82

2

+

(7.10)

n acest caz, raza interioar (r), n seciune orizontal se va adopta n funcie derezistena rocilor (Rc) astfel:

r = 2,0 a, pentru roci cu rezistena la compresiune Rc < 30 106 N/m2

r = 1,5 a, pentru roci cu rezistena la compresiune Rc 30 106 N/m2

a limea la vatr a lucrrii miniere, cm.

145


146/169

n seciune vertical, raza interioar (r) trebuie acceptat n funcie de rezistena lacompresiune, astfel:

r = 2,0 b, pentru roci cu rezistena la compresiune Rc < 30 106 N/m2

r = 1,5 b, pentru roci cu rezistena la compresiune Rc 30 106 N/m2

b nlimea lucrrii miniere, m

Unghiurile de nclinare a planelor de rezisten ale digului fa de axa lucrrii se vor alegetot n funcie de rezistena la compresiune, astfel:a/2 = 150, pentru rezistena la compresiune R c < 30 106 N/m2

a/2 = 200, pentru rezistena la compresiune R c 30 106 N/m2

Grosimea digului tronconic dt trebuie verificat n funcie de:rezistena la forfecare, cu relaia:

cmlR

abpd

f

xt ,2

(7.11)

fora de apsare asupra rocii, cu relaia:

cm

alR

abpd

c

xt ,

2sin

(7.12)

unde:b nlimea lucrrii miniere, m;Rf rezistena la forfecare a materialului din dig, N/m2;Rc rezistena la compresiune, N/m2.

l = 2(a + b) (7.13)l lungimea digului, cm.n cazul unor presiuni mari, cnd grosimea digului tronconic cu un pinten depete 250

cm, se va proiecta un dig cu mai muli pinteni.

Documents

Proiectarea constructiilor subt