содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Земная кора (литосфера)—одна из наиболее изученных и освоенных оболочек нашей планеты. Химический состав земной коры (в процентах), рассчитанный акад. А. П. Виноградовым, следующий:

Верхняя часть земной коры интенсивно используется человеком для удовлетворения его потребностей. В ней создаются различные подземные сооружения (тоннели, хранилища и т. д.). Из нее извлекают полезные ископаемые минералы (однородные по составу и строению природные химические соединения) и горные породы—различные сочетания минералов.

Под технологией подземной разработки подразумевается совокупность производственных процессов, осуществляемых в некоторой горно-геологической и горнотехнической обстановке в определенной последовательности в пространстве и времени и направленных на добычу полезного ископаемого. Составными частями угледобывающего процесса шахты являются система разработки, подготовка шахтного поля и вскрытие месторождения. Подробно изучаются эти вопросы на четвертом курсе.

Рассмотрим горно-геологическую обстановку.

Полезные ископаемые могут быть твердыми — уголь, руда, соль, жидкими — нефть и газообразными— природный газ. Твердые полезные ископаемые делятся на металлические, неметаллические, горючие, строительные. Металлические’ (руды) содержат черные, цветные, благородные металлы, радиоактивные элементы, редкие, легкие и рассеянные элементы.

Неметаллические полезные ископаемые — сырье для металлургической, химической и пищевой промышленности. В группу горючих полезных ископаемых входят каменный уголь, горючие сланцы, торф, сапропелиты. Группа строительных полезных ископаемых объединяет граниты, гнейсы, известняки, глины, песок, гравий, туф и др.

Пласт — это геологическое тело, имеющее значительную протяженность в земной коре и ограниченное двумя примерно параллельными плоскостями. Породы, в которых залегают пласты угля, называются вмещающими. Последние, залегающие выше пласта полезного ископаемого, называют кровлей или висячим боком, а залегающие ниже — почвой пласта или лежачим боком (последний термин принят для крутых мощных пластов). Все угольные пласты, а также осадочные породы в период образования повторяли рельеф дна водных бассейнов, на которое откладывались. Однако в результате дальнейших тектонических (горообразовательных) процессов пласты собирались в складки и занимали в пространстве положение от О до 90. Геологические нарушения, происшедшие в первоначальном залегании пластов, называются дислокациями.

Дислокации (рис. 5.1) бывают пликативными и дизъюнктивными. Пликативные — нарушения без разрыва сплошности пласта. К ним относятся антиклинали и синклинали, утонения и утолщения пласта и др. Антиклиналь — изгиб пласта в виде складки, обращенном выпуклостью вверх. Синклиналь — изгиб пласта в виде складки, обращенной выпуклостью вниз. К дизъюнктивным нарушениям (с разрывом сплошности) относятся сброс, взброс, сдвиг, надвиг и др.

Сброс — перемещение пород висячего бока вниз по отношению к трещине разрыва, наклоненной под углом более 20°. Взброс — перемещение пород висячего бока вверх по отношению к трещине разрыва. Сдвиг — смещение пласта в горизонтальном или близком к нему направлениях. Надвиг — надвигание одной части пласта на другую. Угол смещения до 20°.

Положение пластов в земной коре определяется элементами залегания, к которым относятся линия простирания, линия падения, угол падения и мощность пласта. Линия простирания — линия пересечения горизонтальной плоскости с плоскостью пласта. Линия падения—линия пересечения вертикальной плоскости, перпендикулярной линии простирания с плоскостью пласта. Угол падения — угол, образованный между линией падения и проекцией ее на горизонтальную плоскость. По углу падения все пласты согласно Правилам технической эксплуатации делятся на пологие— до 18°, наклонные— 19—35°, крутонаклонные — 36—55° и крутые — более 55°.

Мощность — это толщина пласта, или расстояние по нормали между кровлей и почвой. По мощности все пласты делятся на весьма тонкие — до 0,7 м, тонкие— 0,71 —1,2 м, средней мощности—1,21—3,5 и мощные — более 3,5 м.

Шахтное (карьерное) поле — месторождение (или часть его), предназначенное для разработки одной шахтой (карьером, разрезом).

Шахта — это самостоятельная производственно-хозяйственная единица, включающая комплекс наземных сооружений и сеть подземных горных выработок, предназначенных для добычи полезных ископаемых.

Запасы шахтного поля бывают геологические, балансовые, забалансовые и промышленные. Геологические запасы—это все запасы шахтного поля.

Одним из основных показателей, характеризующих шахту, является установленная проектом производственная мощность, т. е. размер добычи в единицу времени.
 

Горные работы (ручные, буровзрывные, машинные, гидравлические) — это выемка полезных ископаемых, проведение и поддержание выработок.

Ручные работы выполняются с помощью горного инструмента. Сюда относятся перекрепление и пере-затяжка выработок, установка деревянной или металлической крепи, уборка забоя, зачистка выработок 11 др.

Буровзрывные работы применяются в основном Для разрушения пород при проведении выработок.
 

Машинные работы выполняются с помощью горных машин. Так, например, проходческие работы осуществляются с помощью комбайнов, породопогрузочных и бурильных машин; очистные — с помощью очистных комбайнов, механизированных крепей и др.

Гидравлические работы выполняются с помощью энергии струи воды, которая разрушает горную породу, а также обеспечивает дальнейшее транспортирование массы.

Поверхность, с которой осуществляется отделение от массива полезного ископаемого или горных пород, называется забоем. Различают очистной (для добычи полезного ископаемого) и подготовительный забои. При проведении штреков по тонким пластам имеют место смешанные забои: но полезному ископаемому и пустым породам.

Горной выработкой называется искусственная полость в земной коре, образованная в результате ведения горных работ. Выработки разделяются на открытые и подземные. Те, которые примыкают к поверхности земли и имеют незамкнутый контур поперечного сечения, называются открытым и. Подземные имеют замкнутый контур поперечного сечения и расположены на некоторой глубине от поверхности. Их можно разделить на протяженные выработки и короткие — камеры. У протяженных выработок длина на один-два порядка больше, чем размеры поперечного сечения (высота и ширина). В камерах длина, высота и ширина одного порядка.

Горные выработки (по назначению) делятся на разведочные — для разведки полезного ископаемого (скважины, шурфы, канавы и т. д.); капитальные — служат для доступа к полезному ископаемому (стволы, квершлаги), а также для обеспечения подземных горных работ (машинные камеры и др.); подготовительные, с помощью которых подготавливают участки к выемке (штреки, орты); очистные — предназначенные для основной добычи полезного ископаемого.

Подземные горные выработки имеют прямоугольную, трапецеидальную, косоугольную, полигональную, сводчатую, эллиптическую, арочную, круглую и дру-гие формы поперечного сечения. Элементы горной выработки: устье, забой, бока, почва и кровля.

Устье — начало горной выработки. Постоянно перемещающаяся поверхность, на которой ведутся горные работы, называется забоем. Почва — поверхность, ограничивающая выработку снизу. Кровля — ограничивает выработку сверху. Поверхности, ограничивающие выработку с боков, называются боками, а место соединения одной выработки с другой — сопряжением.

В зависимости от расположения по отношению к пласту различают горные выработки полевые и пластовые. Первые проводятся по породам параллельно пласту, вторые — по пласту угля, часто с подрывкой вмещающих пород. Выработки по смешанному забою можно проводить как узким, так и широким ходом. В первом случае ширина породного забоя и забоя по полезному ископаемому равны между собой. Во втором случае — ширина забоя по полезному ископаемому в несколько раз превышает ширину породного, т. е. путем выемки полезного ископаемого у контура выработки создается полость, называемая раскоской, которая заполняется породой из породного забоя.

Горные выработки используются (за исключением шпуров) для транспорта, передвижения людей, вентиляции, прокладки силовых коммуникаций, водоотлива.

По положению в пространстве все горные выработки делятся на горизонтальные, наклонные и вертикальные (рис. 5.2).

К горизонталь н ы м относятся: штрек, квершлаг, штольня, орт, просек, косовичник. Обычно они проводятся не строго горизонтально, а с уклоном (0,002—0,005) в сторону движения груженых составов для облегчения работы локомотивов, а также для обеспечения стока воды к шахтному водосборнику.

Штрек проводится по простиранию пласта и предназначен для транспорта, передвижения людей, вентиляции и водоотлива.

Квершлаг такого же назначения, что и штрек, но проводится вкрест простирания. Он, как правило, вскрывает соседние пласты. Штольня имеет выход на дневную поверхность. Ее назначение вскрыть шахтное поле и обслуживать подземные работы.

Орт проводится вкрест простирания, но в пределах мощного крутого пласта (от лежащего до висячего бока), имеет то же назначение, что штрек и квершлаг.

Просек проводится по простиранию пласта без подрывки боковых пород и служит для транспортных и вентиляционных связен между лавой и откаточным штреком.

Косовичник выкрепляется в выработанном пространстве раскоски при проведении штрека широким ходом. Служит для вентиляции, передвижения людей (второй запасной выход из лавы) и транспортировки угля из лавы на откаточный штрек.

Наклонные горные выработки: наклонный

ствол, наклонный шурф, сбойка, бремсберг, уклон, скат, печь, ходок, косовнчный ходок.

Наклонный ствол имеет выход на поверхность. Проводится по падению пород или пласта и предназначен для вскрытия шахтного поля и обслуживания подземных работ.
 

Рис. 5.2. Основные горные выработки:
1 — наклонный ствол; 2— вертикальны» шурф; 3— вертикальный ствол; 4 — наклонный шурф; 5 — штольня; 6 — слепой ствол; 7 — скат; 8 — квершлаг; 9— пластовый штрек; 10— уклон; 11—гезенк; 12— бремсберг; 13 — орт; 14— полевой штрек; 15— лава; 16— печь; 17—просек; 18— ходок: 19— косовичник; 20— косовичный ходок


Наклонный шурф проводится также с выходом на поверхность. Обычно он небольшой длины и поперечного сечения. Предназначен для вентиляции, перемещения людей и спуска материалов.

Сбойка бывает наклонной и горизонтальной, мо-л<ет иметь выход на поверхность, может и не иметь. Служит в основном для вентнляцин.

Остальные наклонные выработки без выхода на поверхность.

Бремсберг идет по восстанию пласта. Служит для спуска полезного ископаемого с вышележащего горизонта на нижележащий с помощью механических средств.

Уклон направлен по падению пласта для транспортирования полезного ископаемого снизу вверх.

Скат проводится так же, как и бремсберг, но по нему уголь транспортируется под действием собственного веса.

Печь проходит но восстанию пласта и имеет то же назначение, что и просек.

Ходок идет параллельно бремсбергу, уклону, скату и предназначен для передвижения людей и транспортирования материалов.

Косовичный ходок выкрепляется в выработанном пространстве раскоски при проведении штрека широким ходом; того же назначения, что и косо-вичник.

К вертикальным горным выработкам относятся: ствол, шурф, слепой ствол, гезенк. Две первые из них имеют выход на поверхность.

Ствол предназначен для вскрытия шахтного поля и обслуживания подземных работ.

Шурф вертикальный имеет такие же размеры и то же назначение, что и наклонный.

Слепой ствол служит для подъема угля с нижнего на верхний горизонт и вентиляции.

Гезенк предназначен для спуска угля сверху вниз под действием собственного веса. Может также служить для вентиляции и перемещения людей.

К очистным выработкам (по назначению) относятся лава и камера.

Лава — протяженная выработка (длина больше 25 м, ширина — 3—4 м), пройденная по пласту. В ней Добывается уголь.
 

Камера имеет то же назначение, что и лава, но сравнительно большей ширины и находится в угольном массиве.

Бывают камеры и технологического назначения (меньшей по сравнению с поперечным сечением длины)- Эго камеры водоотлива, электроподстанции, ожидания, медпункта.

Стволы на уровне рабочего горизонта примыкают к околоствольному двору — совокупности протяженных выработок н камер, предназначенных для технологического, транспортного и вентиляционного обслуживания шахты.

К подземным выработкам круглого сечения относятся скважины и шпуры (последние диаметром до 75 мм или длиной до 5 м). Их пробуривают буровыми машинами. Скважины обычно служат разведочным целям, для разработки месторождений жидких и газообразных ископаемых, для размещения зарядов взрывчатых веществ (В В). Шпуры — только для размещения зарядов ВВ.

Во время горных работ проходят много выработок различного назначения и названий. Их кодирование позволяет кратко и понятно для всех специалистов передавать информацию.

Код — система условных обозначений для передачи информации. Например, в Коммунарском горно-металлургическом институте принята буквенная система кодирования (для лучшего запоминания), в Московском горном институте — цифровая.

Связь между кинематическими (развитие горных работ), транспортными, вентиляционными выработками выражается условными обозначениями. Условные обозначения позволяют однозначно и сжато передавать информацию о последовательности проведения горных выработок, транспортировке добычи и проветривании (рис. 5.3).

Так, структурная формула 1 показывает, что со штрека главного направления проводятся: капитальный бремсберг до этажного откаточного штрека и два ходка при капитальном бремсберге до этажного вентиляционного штрека; этажные штреки и разрезные печи; шурф с дневной поверхности.

Формула 2 означает, что по лавам уголь доставляется скребковыми конвейерами, по этажным штрекам он транспортируется партиями вагонеток с электровозной тягой, по капитальному бремсбергу — ленточным конвейером, по главному штреку — электровозной откаткой.

формула 3 показывает, что свежая струя воздуха с главного штрека по ходкам попадает на этажный штрек и проветривает лавы, исходящая струя из лав выходит на вентиляционный этажный штрек и даль ше через шурф — на поверхность.

Будущему горному инженеру нужно не только хорошо знать назначение и форму сечения выработок, но и маркшейдерское дело. Маркшейдерская служба обеспечивает правильное расположение всех, выработок в пространстве для эффективного функционирования шахты.