10. ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И СТРОИТЕЛЬСТВО
ШАХТ
Угольная промышленность не может развиваться без постоянного обновления
шахтного фонда, т. е. строительства новых шахт и реконструкции
действующих. Этот фонд характеризуется количеством шахт (технических
единиц) и их производственной мощностью. Такие предприятия
проектируются, строятся,
эксплуатируются, а после извлечения всех промышленных запасов прекращают
существование. Поэтому для обеспечения народного хозяйства углем в
нужном количестве шахтный фонд должен непрерывно обновляться. При этом
существенную роль играют горно- капитальные работы но проведению
стволов, квершлагов, сооружению околоствольных дворов и т. п. Для
своевременного и качественного строительства и реконструкции
угледобывающих предприятий все шахтостроительные организации переданы в
распоряжение министерства угольной промышленности.
Прежде чем строить, нужно спроектировать шахту, т. е. определить
основные ее параметры, разработать и изготовить чертежи, по которым
будут проводиться выработки (поперечное сечение, расположение в
пространстве и т. д.).
Проектированию и строительству шахт предшествуют геологоразведочные
работы, с помощью которых определяют балансовые и промышленные запасы, а
также выясняют элементы залегания пластов. Различают предварительную
(определение элементов залегания пластов, их качественного состава и
запасов), детальную (изучение условий залегания) и эксплуатационную (в
процессе разработки) разведки.
Прежде чем приступить к разведке месторождения, необходимо изучить уже
имеющиеся материалы поисковых работ и познакомиться с топографическим
планом поверхности. Поиски должны дать предварительные количественные и
качественные оценки месторождения и заключение о целесообразности
разведочных работ. Первый этап — предварительное изучение района по
геологической карте и на местности (осмотр естественных обнажений
коренных пород, опрос старожилов и др.). Второй — количественная оценка
месторождения за счет выполнения небольших разведочных работ: рытья ям,
канав, колодцев, бурения скважин.
В последнее время все шире применяют геофизические методы. К ним
относятся магнитометрия (на основе различной магнитной проницаемости
горных пород), сейсмометрия (на базе изменения скорости распространения
в земной коре упругих воли), гравиметрия (изменение силы тяжести
вследствие неравномерного распределения масс в земной коре),
электрометрия (на базе различной электропроводности горных пород).
Горные работы на угольных шахтах и рудниках включают следующие основные
этапы: вскрытие месторождения, подготовка шахтного поля, очистные
работы.
До начала строительства шахты, в период ее проектирования,
разрабатывается генеральный план промплощадки (рис. 10.1).
Генеральный план — проектное решение комплексного размещения всех
зданий, сооружений, транспортных и инженерно-технических коммуникаций.
Здания и сооружения, предназначенные для технических и хозяйственных
целей, составляют технологический комплекс поверхности шахты. В состав
его входят: надшахтные здания, копры, здание для подъемных машин и т. д.
Выдаваемую из шахты пустую породу и отходы обогатительных фабрик
направляют в отвал, который на равнинной поверхности имеет вид
конуса-террикона. В последнее время все шире применяют плоские отвалы.
При этом порода вывозится автотранспортом в балки и овраги.
Вблизи вентиляционного ствола строят здание для установки вентиляторов
главного проветривания. Поступающая в шахту струя воздуха в зимнее время
требует подогрева, для чего сооружают калориферы. На поверхности
находится понижающая напряжение электроподстанция. На шахтах, где
применяется пневматическая энергия, предусматривается компрессорная
станция. Для снабжения паром и горячей водой отопительной системы и бани
служит котельная. Оборудование ремонтируется в электромеханических
мастерских.
В поверхностный комплекс шахты также входят склады лесных, горючих и
смазочных материалов, материальных ценностей, строительных материалов.
Железнодорожная ветка соединяет шахту с ближайшей станцией. Для каждой
шахты сооружают административно-бытовой комбинат.
Начиная с 1953 г., при строительстве новых шахт
используют типовые проекты поверхностных комплексов, предусматривающие
объединение всех зданий и сооружений в три крупных блока: главного и
вспомогательного стволов, административно-бытового комбината.
Раньше горно-капитальные работы осуществлялись вручную. Теперь машинами
и механизмами. Однако возведение крепи, вспомогательные работы все еще
выполняются вручную. В недалеком будущем горно-капитальные работы будут
вестись проходческими автоматизированными агрегатами.
К основным процессам при проведении горных выработок относятся:
разрушение массива, погрузка и уборка горной массы, возведение крепи,
проветривание забоев. К вспомогательным—установка временной крепи,
настилка рельсовых путей, устройство водоотводной канавки, обмен
вагонеток и переноска маневровых приспособлений, наращивание
трубопровода сжатого воздуха и вентиляционного става, навеска кабелей и
др.
Различают механический, гидравлический, механо-гидравлическнй,
буровзрывной способы разрушения горных пород. Наиболее широко
применяется буровзрывной. При этом погрузка в вагонеткл или на конвейер
осуществляется различными типами породопогрузочных машин.
При коэффициенте крепости пород А<=6 ( Осж= 100, где Осж — предел
прочности пород на сжатие, при проведении горизонтальных и
слабонаклонных выработок используют проходческие комбайны, которые
отделяют породу от массива механическим способом. В последние годы
начинают применяться проходческие комбайны для пород с А до 10.
Во время проведения горной выработки нарушается первоначальное
напряженно-равновесное состояние пород и они могут обрушаться во внутрь.
Чтобы избежать этого, необходимо возводить крепь. Она препятствует
перемещению пород. Горное давление на крепь растет до тех пор, пока
система «порода—крепь» не придет в состояние равновесия или крепь будет
разрушена, а выработка завалена. Этого не случится, если крепь
изготовлена с учетом величины и режима нарастания горного давления.
Величина и характер давления зависят от расположения выработок
относительно очистных работ, способа их охраны и конструкции крепи. В
качестве основных материалов для •изготовления крепи применяют дерево,
металл, бетон, железобетон, естественные и искусственные Камни.
Ежегодно на угольных шахтах страны проводится около 10 000 км горных
выработок, или 22 м на 1000 т добычи. Чтобы сократить их число и
уменьшить количество оборудования, необходимо увеличивать темпы
проведения горных выработок. В настоящее время месячная скорость
достигает 100—150 м, а в отдельных бригадах за счет совершенствования
технологии проходческих работ и рациональной организации труда еще выше
— 500—600 м. Это свидетельствует о больших резервах повышения
эффективности проходческих работ.
В СССР, начиная с 1960 г., в основном проектируются и строятся крупные и
глубокие шахты. Это требует решения проблем проветривания сильногазовых
шахт, охлаждения воздуха, поступающего в забой, охраны горных выработок,
предотвращения вне-земных выбросов угля и газа и др. Для решения к
указанных проблем осуществляют блочное вскрытие
вертикальными стволами большого диаметра (поряд-1ка 9 м), строят на
поверхности или в шахте холодильные установки, переходят на бесцелнковую
охрану I горных выработок, производят гидрорасчленение пластов.
Технический прогресс в шахтном строительстве заключается в типизации
проектных решении, в индустриальных методах строительства поверхностных
и подземных сооружений, интенсификации и концентрации работ. В
результате сокращается срок проектирования и строительства шахт,
уменьшаются капитальные затраты.
Проведение и крепление горных выработок, проектирование и строительство
шахт изучают на старших курсах. Хорошо знать эти вопросы необходимо и
для ; технолога и для шахтостроителя. Довольно часто горный
инженер специальности 0202 работает на строительстве шахты, а
инженер-шахтостроитель — на эксплуатации, начальником добычного участка,
например.