Технология подземных горных работ

    Карьер  — горное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых открытым способом. Разрез—карьер по добыче угля.

    Прииск  — горное предприятие по добыче россыпных месторождений драгоценных металлов (золотой прииск).

    Промысел  — горное предприятие по добыче жидких и газообразных полезных ископаемых (нефтяной промысел).

    Разработкой месторождения называют комплекс работ  по вскрытию, подготовке и очистной выемке. Эти работы являются стадиями разработки месторождения. Вскрытие и подготовка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых выработок называют подготовительными. Выемку (добычу) полезного ископаемого ведут в очистных забоях, применяя при этом различные способы его разрушения.

    В данном методическом пособии наиболее подробно будет рассмотрена подземная  разработка пластовых месторождений угля.

    Подземная добыча связана с необходимостью проведения сети подземных горных выработок, по которым добытое полезное ископаемое транспортируют на поверхность (рис. 1.1). При добыче ископаемых углей наиболее распространен механический способ разрушения.

    Добытый уголь транспортируют по горным выработкам скребковыми или ленточными конвейерами  или в вагонетках электровозами, а также под действием собственного веса по желобам или трубам. На отдельных шахтах применяют гидротранспорт, при котором перемещение угля в потоке воды осуществляется по трубам или желобам. На поверхность полезное ископаемое и пустую породу, поднимают в специальных подъемных устройствах (сосудах) — скипах или клетях. Последние оборудуют под заезд в них шахтных вагонеток. В клетях также осуществляют спуск и подъем людей, оборудования и материалов. 

    Рисунок 1.1 - Схема угольной шахты: 1, 2, 12—вертикальные  выработки; 3, 4, 5, 10, 11 —горизонтальные  выработки; 6, 7, 8, 9—наклонные выработки; 13— насосная камера; 14 — очистной забой

    Комплекс  подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом.

    Выданное  на поверхность полезное ископаемое размещают на складах и осуществляют отгрузку его потребителям или на обогатительную фабрику.

    Для нормального функционирования шахты необходимо осуществлять:

    • снабжение горных выработок свежим воздухом. Процесс обеспечения горных выработок и рабочих мест воздухом называется вентиляцией. Поступающая в шахту струя воздуха называется свежей. Свежий воздух при движении по горным выработкам загрязняется выделяющимися газами и пылью. Струя такого воздуха называется исходящей. Контроль за состоянием вентиляции шахты и техники безопасности осуществляет участок вентиляции и техники безопасности;

    • удаление поступающей в горные выработки  и накапливающейся в водосборнике воды. Система сбора и удаления поступающей в горные выработки воды называется водоотливом. При большой обводненности месторождения осуществляют его осушение;

    • снабжение работающих машин и  различных установок электро- и  пневмоэнергией (сжатым воздухом);

    • кондиционирование поступающего в  шахту воздуха. Этот процесс осуществляют в глубоких шахтах и рудниках, где температура рудничной атмосферы за счет тепла, выделяющегося из горных пород, обусловливает дискомфортность труда;

    • подачу в шахту в зимнее время  в районах с суровым климатом подогретого в калориферах воздуха;

    • мероприятия по предупреждению газодинамических явлений (внезапных выбросов угля и газа и горных ударов) и эндогенных пожаров;

    • контроль за состоянием недр, движением запасов и правильностью ведения горных работ. Его осуществляет маркшейдерская служба. В ее задачи входит ведение горнографической документации;

    • контроль за соблюдением правил безопасного  ведения горных работ. Его осуществляет горнотехническая инспекция (ГТИ);

    • восстановление участков земли, подвергшихся влиянию горных работ. Эти работы называются рекультивацией. Их осуществляют как шахты, так и разрезы.

    Поверхность современных шахт представляет собой  комплекс зданий и сооружений, обычно сгруппированных в блоки. На поверхности располагаются здания подъемных машин, копры (конструкции для установки шкивов под канаты клетей и скипов и разгрузки последних), эстакады, помещения электроподстанции, механических мастерских, компрессорной, административно-бытового комбината. На поверхности размещаются материальные склады различного назначения.

    Для повышения качества добытого полезного  ископаемого осуществляют его обогащение. С этой целью строят обогатительную фабрику как для одной, так и группы шахт.

    1.2. Формы и элементы  залегания полезных  ископаемых

    По  форме залегания месторождения твердых полезных ископаемых подразделяются на правильные и неправильные.

    К правильным месторождениям относятся  пласты (рис. 1.2) и пластообразные залежи.

    Пластом называется плитообразная залежь, имеющая значительное распространение в земной коре и ограниченная двумя более или менее параллельными плоскостями. Весьма тонкие пласты, не разрабатываемые вследствие малой мощности (до 0,4 м), называются прослойками. Плоскости соприкосновения пластов отдельных пород называются плоскостями напластования.

    Породы, залегающие над пластом полезного  ископаемого, называются кровлей или висячим боком, залегающие ниже пласта — почвой или лежачим боком.

    Пласты  могут иметь однородное (простое) и сложное строение. Тонкие слои пустой породы, заключенные в пласте, называются прослойками.

    Правильную  форму залегания обычно имеют  месторождения полезных ископаемых осадочного происхождения (уголь, горючие сланцы, различные соли, гипс, марганцевые руды и т.п.).

    Часть пласта, выходящая на земную поверхность или находящаяся неглубоко от нее под наносами, называется выходом пласта (под наносы). Пласты угля залегают согласно, если они в земной коре расположены параллельно друг другу. Несколько согласно залегающих пластов составляют свиту.

    К неправильным месторождениям относятся жилы, штоки, гнезда, линзы (рис. 1.3). Неправильную форму залегания имеют, как правило, рудные месторождения.

    Жилой называется заполненная минеральным веществом трещина в земной коре. Жилы бывают простые и сложные. Ответвления от жил называют апофизами.

    Такие формы залегания, как штоки, линзы, гнезда, представляют собой полости в земной коре, заполненные минеральным веществом. Они отличаются друг от друга формой и размерами. Такую форму залегания имеют месторождения железных, медных, полиметаллических и других руд. 

 

      Рисунок 1.2 - Строение пластов: а — простое; б — сложное

    Пласты  горных пород в период образования  залегали более или менее горизонтально, но под действием тектонических (горообразовательных) процессов, протекавших в земной коре, первоначальное залегание пород нарушалось в той или иной степени. В некоторых районах пласты оказались собранными в складки. Они могут занимать любое положение в земной коре.

    Нарушения нормального залегания пластов называются дислокациями. Дислокации без разрыва сплошности называются пликативными, с разрывом сплошности — дизъюнктивными.

    

    Рисунок 1.3 - Формы залегания рудных тел: а  —жила; б—шток; в—линзы; г—гнезда

    К пликативным нарушениям относятся утолщения и утонения пластов, а также складчатость (рис. 1.4).

    Складка, обращенная выпуклостью вниз, называется синклиналью, а выпуклостью вверх — антиклиналью.

    К дизъюнктивным нарушениям относятся сбросы, взбросы, надвиги и др. (рис. 1.5).

    Положение пластов в земной коре определяется элементами их залегания. К ним относятся  простирание и падение пластов.

    Протяжение  пласта в длину называется простиранием. Линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью называется линией простирания (рис. 1.6).

    Направление простирания пласта определяется углом, который составляет линия простирания с меридианом.

    Линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно  линии простирания, называется линией падения, а само направление этой линии— падением пласта.

    Угол, который составляет линия падения  пласта с горизонтальной плоскостью, называется углом падения пласта. В зависимости от формы залегания и способа разработки полезных ископаемых их делят на горизонтальные, пологие, крутонаклонные и крутые (табл. 1.1).

    Различие  классификаций объясняется особенностями технологии и механизации разработки залежи полезного ископаемого.

    Мощность  пласта или иной залежи как элемент  залегания представляет собой расстояние по нормали между кровлей и почвой. Такую мощность т называют истинной, или нормальной. Расстояние между кровлей и почвой, измеряемое по горизонтали, называют горизонтальной мощностью, а по вертикали — вертикальной мощностью.

    Поскольку в пределах залежи полезного ископаемого мощность ее, как правило, изменяется, поэтому на практике употребляют термин — средняя мощность. Так как пласты, например, угля, нередко имеют сложное строение, то различают полезную (без прослойков) и полную (с прослойками) мощность. При разработке угольных месторождений иногда вынимают только часть мощности пласта, которую называют вынимаемой мощностью.

    Различают также минимальную мощность пласта. Минимальная мощность, при которой разработка пласта целесообразна, называется рабочей мощностью.

    Классификация угольных пластов и рудных залежей по нормальной мощности представлена в табл. 1.2. 

      Рисунок 1.4 - Складчатость месторождения 

      Рисунок 1.5 - Дизъюнктивные нарушения: а—сброс; б — взброс 

 

      Рисунок 1.6 - Элементы залегания пласта 

   Таблица 1.1 - Классификация залежей полезных ископаемых по углу падения

 

      Таблица 1.2 - Классификация залежей  полезных ископаемых по мощности