горное дело (открытка)

ТЕМА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ ЗАЛЕГАНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ.

Полезное ископаемое – природное минеральное образование земной коры неорганического и органического происхождения, которое может быть использовано в сфере материального производства.
Месторождение полезного ископаемого – это его естественное скопление в земной коре по количеству, качеству и условиям залегания пригодное для промышленного освоения.
Все запасы полезного ископаемого в пределах месторождения называют геологическими. По народнохозяйственному значению геологические запасы подразделяются на две группы: балансовые и забалансовые.
Балансовые запасы – это запасы, которые удовлетворяют промышленным кондициям, т.е. экономически выгодны для разработки.
Забалансовые запасы вследствие низкого содержания полезного компонента, малой мощности рудных тел, сложности условий их разработки непригодные для использования в настоящее время, но могут рассматриваться как объект промышленного освоения в будущем.
Промышленные запасы – часть балансовых запасов, которая должна быть извлечена из недр по проекту или плану развития горных работ (определяется исключением из балансовых запасов потерь).
Потери – часть балансовых запасов полезного ископаемого, не извлеченная из недр при разработке месторождения, добытая и направленная в породные отвалы, оставленная в местах складирования, погрузки и транспортирования.
Различают общешахтные (общерудные) и эксплуатационные потери. К общешахтным потерям относят потери в охранных целиках около капитальных горных выработок, под зданиями, техническими и хозяйственными сооружениями, водоемами, в барьерных целиках между шахтными полями. К эксплуатационным относят потери, имеющие место непосредственно в процессе разработки, зависящее от принятых систем и технологии добычи.
Разработка месторождения полезного ископаемого – комплекс работ по вскрытию, подготовке месторождения к очистной выемке полезного ископаемого. Разработка месторождения полезного ископаемого может производится открытыми, подземными и комбинированными горными работами, а также специальными геотехнологическими методами (например, подземное выщелачивание солей, подземная выплавка серы, подземное сжигание углей).
Промышленное предприятие, предназначенное для разработки или разведки месторождений полезных ископаемых, называют горным предприятием. Горное предприятие, осуществляющее добычу угля подземным способом, называют шахтой. Горное предприятие, осуществляющее добычу руды подземным способом, называют рудником. Горное предприятие, осуществляющее добычу угля открытым способом, называют разрезом. Горное предприятие, осуществляющее добычу руды открытым способом, называют карьером.
Пластом принято называть геологическое тело, сложенное однородной осадочной породой, ограниченное двумя приблизительно параллельными поверхностями и занимающее значительную площадь. Пласт имеет три измерения: длину, ширину и толщину, которые называют соответственно его простиранием, падением и мощностью кроме того, различают линию простирания, линию и угол падения пласта.
Линией простирания называют линию, образующуюся при пересечении поверхности (кровли или почвы) пласта с горизонтальной плоскостью.
Падение пласта или его наклон к горизонтальной плоскости измеряется углом падения
·, образованным линией падения и ее проекцией на эту плоскость.
По углу падения угольные месторождения подразделяются на:
- пологие до 18°;
- наклонные 18-35°;
- крутонаклонные 35-55°;
- крутые 55-90°.
По мощности угольные месторождения подразделяются на:
- весьма тонкие до 0,5 м;
- тонкие 0,5-1,3 м;
- средней мощности 1,3-3,5 м;
- мощные более 3,5 м.
По углу падения рудные месторождения подразделяются на:
- горизонтальные и пологопадающие до 20°;
- наклонные 20-50°;
- крутопадающие более50°.
По мощности рудные месторождения подразделяются на:
- весьма тонкие до 0,7 м;
- тонкие 0,7-2,0 м;
- средней мощности 2,0-5,0 м;
- мощные более 5,0-20,0 м;
- весьма мощные более 20 м.
Различают истинную мощность – расстояние по нормали между кровлей (висячем боком) и почвой (лежачем боком) пласта (залежи). Горизонтальная мощность – расстояние по горизонтали между кровлей и почвой пласта. Вертикальная мощность – расстояние по вертикали между кровлей и почвой пласта. Средняя мощность – от деления объема пласта на площадь соответствующей проекции контура пласта. Полная (общая) мощность измеряется от кровли до почвы со всеми породными прослойками. Полезная мощность равна сумме всех мощностей всех пачек (слоев) полезного ископаемого. Вынимаемая (рабочая или эксплуатационная) мощность – равна сумме мощностей пачек (слоев) полезного ископаемого и прослойков породы, вынимаемых при разработке. Вынимаемая полезная мощность равна сумме мощностей фактически вынимаемых пачек (слоев) полезного ископаемого.

ТЕМА 3. КОМПЛЕКСЫ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.

Шахтные стволы – вертикальные или наклонные горные выработки, имеющие непосредственный выход на земную поверхность и предназначенные для обслуживания подземных работ. Различают главный (осуществляет подъем полезного ископаемого) и вспомогательные (спуск-подъем людей, материалов, оборудования) стволы.
Шурф - вертикальная горная выработка небольшого сечения и глубиной до 50-60м, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для разведки полезного ископаемого или для обслуживания подземных работ (спуска крепежного леса, вентиляции, подачи закладного материала и др.).
Штольня – горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность.
Квершлаг - горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проводимая по пустым породам в крест простирания или под углом к простиранию месторождения.
Орт - горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проведенная в толще полезного ископаемого в крест его простирания или под углом к нему.
Штрек - горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проводимая по простиранию пласта или залежи полезного ископаемого. Штрек, проводимый по породам или по пласту нерабочей мощности, называют полевым.
Околоствольный двор – комплекс горизонтальных горных выработок, расположенных около шахтных стволов и предназначенных для обслуживания подземных горных работ.

Наклонные горные выработки
Бремсберг – наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, расположенная по восстанию пласта или пород, предназначенная для спуска различных грузов, вентиляции и т.д., проводится снизу вверх.
Уклон - наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная по падению пласта или пород (снизу вверх), предназначенная для подъема различных грузов с нижних горизонтов на верхний, вентиляции и т.д.
Ходок - наклонная горная горизонтальная или наклонная выработка, соединяющая служебную камеру с протяженной горной выработкой, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, предназначенная преимущественно для канализации воздуха, перевозки людей и грузов, проводится, как правило, параллельно бремсбергу или уклону.
Рудоспуск – наклонная (или вертикальная) горная выработка, предназначенная для перепуска руды под действием собственного веса с верхнего горизонта на нижний.
Разрезная печь – выработка, проводимая по восстанию пласта и предназначенная для проветривания, передвижения людей, а также для транспортировки полезного ископаемого и грузов, иногда в разрезной печи монтируется комплекс очистного оборудования.

Очистные выработки
Лава – выработка, имеющая забой значительной протяженности.
Очистная камера – выработка с забоем небольшой протяженности (до 12-16м), ограниченная по бокам целиками угля.


ТЕМА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
И ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

Физико-механических свойств горных пород и механических состояний породных массивов очень много, причем нередко они взаимосвязаны и взаимозависимы. Поэтому при решении конкретных производственных и проектных задач горного дела будем пользоваться ограниченным числом лишь основными характеристиками.
Крепость породы или полезного ископаемого - относительная ее сопротивляемость разрушению при добывании. Характеризуется коэффициентом крепости.
13 EMBED Equation.3 1415,
где f - коэффициент крепости по школе М. М. Протодьяконова; (сж - предел прочности на сжатие, МПа.
Или 13 EMBED Equation.3 1415, если (сж измеряется в Н/см2.
Абразивность - это способность горной породы изнашивать контактирующие с ней узлы и детали горных машин в процессе их работы.
Устойчивость горных пород - способность массива пород не разрушаться и сохранять равновесие при создании обнажений. По устойчивости горные породы подразделяются на:
- весьма неустойчивые - без применения крепи не допускающие устойчивых обнажений;
- неустойчивые – допускающие небольшие по площади обнажения кровли и боков выработки и требующие прочного поддержания непосредственно за выемкой;
- средней устойчивости – допускающие обнажения на относительно большой площади без поддержания вслед за выемкой. Необходимость поддержания этих пород возникает не сразу, а со временем;
- устойчивые – допускающие значительные обнажения и требующие крепления лишь в отдельных местах;
- весьма устойчивые – допускающие весьма большие площади обнажения и не требующие поддержания.
Обрушаемость горных пород – свойство горных пород обрушаться при их обнажении. Размеры обрушаемых кусков зависят от структуры (слоистость и трещиноватость) и физико-технических свойств пород.
Слоистость – свойство горных пород, которое выражается в чередовании прослойков, различающихся по минералогическому составу, структуре, крупности зерна или по физическим признакам (твердости, цвету) при одинаковом минералогическом составе. Для месторождений при оценке устойчивости очень важна ориентировка слоистости пород относительно пласта. Кровля пласта или залежи – горные породы, залегающие непосредственно над пластом (залежью) полезного ископаемого. Ложная кровля – слой или несколько слоев слабых пород кровли небольшой мощности (до 0,5 – 0,6 м), залегающих непосредственно над пластом (залежью) полезного ископаемого и обрушающихся одновременно с выемкой полезного ископаемого или с небольшим отставанием от нее. Непосредственная кровля - один или несколько слоев, залегающих непосредственно над пластом (залежью) полезного ископаемого или над ложной кровлей, не способный образовывать больших зависаний и обрушающихся при удалении крепи. Основная кровля – толща крепких, устойчивых пород, находящихся непосредственно над пластом или залежью полезного ископаемого или выше непосредственной кровли, обрушающихся при выемке на значительной площади. Почва пласта (залежи) – толщина горных пород, залегающих под пластом (залежью) полезного ископаемого. Непосредственная почва – толща пород, залегающая непосредственно под угольным пластом или залежью. Основная почва – толща пород, залегающая ниже непосредственной почвы.
Трещиноватость горных пород – нарушенность монолитности пород трещинами или совокупность трещин имеющихся в массиве, которые структурно разделяют его на отдельные блоки.
Кливаж – трещиноватость горных пород, возникающая под влиянием горного давления и направленная под углом к плоскостям напластования.

Динамические явления на подземных горных предприятиях.
Динамическое явление – внезапно возникающее и протекающее с высокой скоростью движения угля, пород, газов или жидкостей вблизи выработок, сопровождающиеся сильным динамическим эффектом. Динамические явления являются результатом проявления горного давления и движения, заключенных в породах газов и жидкостей. К динамическим явлениям относятся: горные удары, внезапные выбросы угля и газа; выбросы породы и газа; прорыва газа, воды, плывунов, внезапные обрушения, высыпания и отжим, стреляние пород.
Горный удар – быстропротекающее разрушение предельно напряженной части массива полезного ископаемого (пород), прилегающей к горной выработке, возникающее вследствие мгновенного перераспределения в кинетическую энергию накопленной в массиве потенциальной энергии упругого сжатия, сопровождается выбросом полезного ископаемого (пород) в горную выработку, ее разрушением, сильным звуковым эффектом и возникновением мощной звуковой волны. В зависимости от интенсивности проявления горные удары подразделяют на стреляние, толчки, микроудары и горные удары (наиболее опасны последние).
Внезапные выбросы угля и газа это сложные газодинамические явления, характеризующиеся быстрым разрушением краевой части массива с выносом в выработку раздробленного угля (до нескольких тысяч тонн) и большого количества газа (на угольных шахтах России – метана).
По величине относительной метанообильности угольные шахты подразделяются на четыре категории: 1) до 5 м3/т; 2) 5-10 м3/т; 3) 10-15 м3/т; 4) сверхкатегорийные- более 15 м3/т.
Рудники: 1) до 7 м3/т; 2) 7-14 м3/т; 3) 14-21 м3/т; 4) сверхкатегорийные, более 21 м3/т.
Согласно ПБ, допустимыми концентрациями метана в рудничном воздухе являются следующие:
- исходящая струя из очистной или подготовительной выработки, камеры, участка – не более 1%;
- исходящая крыла или шахты – не более 0,75%;
- поступающая в очистные и подготовительные забои – не более 0,5%;
- перед производством взрывных работ – до 1%;
- местные скопления в очистных, подготовительных и других выработках – до 2%.
В случае обнаружения метана свыше указанных пределов работы немедленно прекращаются, люди выводятся на свежую струю, выключается электричество.

ТЕМА 5. ОСНОВЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И
ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО.

Добыча полезного ископаемого на горнодобывающем предприятии складывается из нескольких взаимосвязанных главных и вспомогательных процессов, последовательность выполнения которых представляет собой технологическую схему производственных процессов шахты или рудника.
Разрушение угля в процессе выемки производится различными способами в зависимости от вида энергии и способа ее приложения. Наибольшее распространение получил механический способ разрушения, осуществляемый исполнительными органами горных машин посредством резцов, шарошек, коронок и др. Из других способов разрушения при выемке угля применяются следующие: при помощи буровзрывных работ; гидравлический, когда разрушение происходит под действием струи воды высокого давления; геотехнологические способы, в первую очередь подземная газификация углей. Выбор способа выемки зависит прежде всего от свойств и состояния пласта угля и окружающих пород, наличия технических средств, требований к качеству угля, а также затрат на выемку.
Процесс выемки включает в себя разрушения пласта и погрузку отбитого угля. Оба процесса могут выполняться либо одной, либо несколькими машинами, одновременно или последовательно в зависимости от технологии ведения работ и горно-геологических условий. Так, на крутых пластах отсутствует необходимость в погрузке, и выемка заключается лишь в разрушении угля. При гидравлическом способе добычи погрузка заменяется гидросмывом угля.
Механический способ выемки осуществляется с помощью комбайнов и стругов, реже выемочных агрегатов, врубовых машин, бурошнековых установок и др.
Разрушение полосы угольного пласта может осуществляться одновременно по всей длине очистного забоя (фронтальная выемка) или же в одной точке, перемещающейся вдоль линии очистного забоя (фланговая выемка), Исполнительные органы выемочных агрегатов по схеме отработки забоя являются фронтальными, остальные горные машины - фланговыми. По ширине полосы, разрушаемой за один проход выемочной машины, различают узкозахватную (до 1 м) и широкозахватную комбайновую выемку (более 1 м). При струговой выемке ширина полосы составляет 0,1-0,2 м.
Очистные комбайны, работающие по фланговой схеме, могут быть разделены на два типа: одностороннего действия с холостым перегоном после выемки полосы угля и челноковые, производящие выемку в обоих направлениях.
При челноковой схеме работы комбайн в концевых участках лавы перемещается в заранее подготовленную нишу или самозарубывается на ширину захвата, а затем перемещается вдоль лавы, вынимая новую полосу угля.
При односторонней схеме выемка угля осуществляется только в одном направлении, а при движении в обратном направлении наваливается на конвейере весь расположенный на почве уголь. Вслед за комбайном проводится оформление забоя и незначительная зачистка.
Наиболее полная механизация выемки и погрузки угля, особенно на тонких пластах, достигается при струговой выемке. Струговая установка состоит из струга с лемехом для погрузки отбитого угля, конвейера (струг работает с рамы конвейера) и домкратов передвижения. Струг в отличие от комбайна не режет уголь, а скалывает его. Обычно струг отрабатывает лишь нижнюю часть пласта, а верхняя часть самообрушается. Такой характер разрушения угля приводит к увеличению его сортности.
При разработке рудных месторождений наибольшее распространение получила буровзрывная выемка. При разработке угольных месторождений буровзрывные работы в основном используются при разработке мощных крутых или наклонно залегающих пластов, или при проведении вскрывающих и подготовительно-нарезных выработок. Буровзрывные работы – совокупность взрывания и подготовительного к нему бурения шпуров и скважин при добывании полезных ископаемых, при проведении горных выработок, строительстве сооружений в крепких горных породах.
При взрывной отбойке заряды ВВ могут размещаться в шпурах (шпуровая отбойка), скважинах (скважинная отбойка), подготовительно-нарезных выработках (минная отбойка, или отбойка сосредоточенными зарядами).

ТЕМА 6. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ.

Подъем и транспорт на горных предприятиях
Выдачу полезного ископаемого на поверхность осуществляют по главным стволам. Подъем полезного ископаемого бывает периодического действия – клетевой, скиповой и автомобильный; непрерывного действия – конвейерный, трубопроводный (гидравлический, пневматический).
Наиболее распространены клетевой и скиповой подъемы: клетевой – при производительности до 1,5 млн. т/год, скиповой – при более высокой производительности. Вывоз руды автосамосвалами (по наклонным и спиральным стволам) имеет незначительное распространение. Автомобильный подъем применяют при глубине разработке до 300 м и производительности до 1,5 млн. т/год.
Главные вертикальные стволы современных шахт оборудуют скиповыми подъемами со скипами грузоподъемностью до 35-50 т. Ствол оборудуют одним или двумя скипами, работающими по схеме скип-скип или скип-противовес. В скиповых установках получили распространение скипы с донной разгрузкой.
Главные наклонные стволы сооружают под углом до 18° и оборудуют мощными ленточными конвейерами большой длины и производительности, с шириной ленты 1200 мм.
При гидравлическом подъеме крупность материала должна быть не более 50-100 мм. Полезное ископаемое выдается по трубопроводам диаметром до 350 мм.
Участковый транспорт представляет собой совокупность транспортных средств и устройств, расположенных в выработках выемочного поля, панели или этажа, кроме средств доставки по очистному забою. Различают конвейерный (наибольшее распространение получили ленточные и скребковые конвейера), локомотивный, автомобильный участковый транспорт.
Локомотивная откатка является основным транспортным средством в горизонтальных горных выработках с уклоном рельсового пути от 0,003 до 0,005, а при выполнении особых мероприятий от 0,03 до 0,05. На шахтах наибольшее распространение получили контактные и аккумуляторные электровозы. Значительно реже применяют дизелевозы и инертные локомотивы (гировозы). Транспортирование осуществляют в вагонетках с глухим кузовом, с откидным днищем или в секционных поездах. Вместимость кузова вагонетки изменяется от 1 до 3,5 м3.
Автосамосвалы применяют для транспортировки на расстояние 300-1000 м до пунктов перегрузки на рельсовый транспорт или используют как основной вид транс порта.
Совокупность связанных между собой горных выработок горнодобывающего предприятия, по которым движется воздух, называется вентиляционной сетью. Вентиляционные сети шахт изображаются в виде планов и схем. Вентиляционным планом называется вычерченный в масштабе план горных выработок, на котором указано направление движения воздуха. Вентиляционный план необходим для контроля проветривания шахты, а также служит источником ряда данных для расчета вентиляции (длина выработок, их сечение, места утечек и т.п.).
Чтобы обеспечить движение воздуха по горным выработкам в необходимом направлении и с требуемой интенсивностью, необходимо создать определенный перепад давлений. В зависимости от того, каким образом обеспечивается необходимый перепад давлений воздуха по пути его движения, различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий) способы вентиляции. Для проветривания горных предприятий используют вентиляторные установки главного проветривания. Вентиляторные установки главного проветривания бывают двух типов – осевые и центробежные. Основными параметрами, необходимыми для расчета вентиляционной сети являются количество воздуха, необходимое для проветривания, напор (давление) вентилятора и депрессия.
Энергия, которую получает единица объема воздуха от источников, вызывающих естественную тягу, называется депрессией. Естественная тяга – движение воздуха по выработкам под действием естественных причин (главным образом за счет разности удельных весов воздуха, а также под действием ветра).
Определение объемного расхода воздуха осуществляют путем непосредственного измерения средней скорости и умножением на сечение выработки. Измерение средней скорости воздуха осуществляют с помощью анемометров или измерителей скорости воздуха.
Наибольшее распространение на горнодобывающих предприятиях получил шахтный интерферометр (ШИ). С его помощью можно осуществлять контроль содержания кислорода, углекислого газа, водорода и метана в рудничном воздухе. Для контроля содержания применяют также переносные автоматические анализаторы метана (СМП, СШ). Также на горных предприятиях, опасных по метану применят аппаратуру автоматической защиты и центрального телеконтроля типа АМТ. С помощью этой аппаратуры можно осуществлять контроль содержания метана выработках и передачу информации на диспетчерский пункт, обеспечивать автоматическое отключение электропитания в очистных и подготовительных забоях, осуществлять местную, участковую и централизованную сигнализацию (звуковую и световую). Контроль концентрации ядовитых примесей рудничного воздуха осуществляют переносными химическими газоопределителями (ГХ).

Состав рудничной атмосферы
Атмосферный воздух на поверхности земли представляет собой смесь газов довольно постоянного состава. Обычно по объёму в нем содержится: азота – 78,08 %; кислорода – 20,95%; аргона – 0,93%, углекислого газа – 0,03%; водорода, неона, гелия, криптона, ксенона, озона и радиоактивных газообразных веществ суммарно – 0,01%. В воздухе также содержится некоторое количество водяных паров. Рудничный воздух – это смесь газов и паров, заполняющие горные выработки.
Атмосферный воздух, поступая в подземные выработки и перемещаясь по ним, претерпевает ряд изменений в своем химическом составе и физических свойствах (температура, влажность, удельный вес, изменение давления). Схематично рудничный воздух можно рассматривать состоящим из трех частей
рудничный воздух = атмосферный воздух + активные газы + мертвый воздух.
Под активными газами принято понимать всякого рода ядовитые или взрывчатые газы, выделяющиеся или образующиеся в горных выработках и присоединяющиеся к рудничному воздуху.
«Мертвый воздух» представляет собой смесь избыточных по сравнению с атмосферным воздухом количеством азота и углекислого газа. Как составная часть рудничного воздуха он всегда вызывает снижения содержание кислорода. Состав «мертвого» воздуха чаще всего колеблется в следующих пределах: СО2 от 5 до 15% и N2 от 95 до 85%.

Рудничные газы
Кислород (О2) – газ без цвета, вкуса и запаха, слабо растворим в воде, относительная плотность 1,11 (по отношению к плотности воздуха). По ПБ содержание О2 в воздухе должно быть не менее 20%. При понижении О2 до 18% у человека наступает сонливость, до 17% одышка и усиленное сердцебиение, при 13% и менее возникает смертельная опасность. Основные причины уменьшения О2 – вытеснение (замещение) его в объеме воздуха газами, а также взрывы и пожары. О2 поддерживает горение.
Азот (N2) – химически инертный газ, без цвета, запаха, вкуса. Относительная плотность 0,97. Не поддерживает дыхания и горения, безвреден. Источники выделения азота в шахтах и рудниках – процессы гниения органических веществ; взрывные работы; выделяется из угля и пород.
Углекислый газ СО2 – без цвета, со слабым кислым вкусом и таким же запахом. Удельный вес 1,52. Не поддерживает горения. При 20 – 25% угрожает человеку смерть от отравления. По ПБ СО2 в рудничной атмосфере не более 0,5%. Источники выделения: окисления ПИ и пород; разложение углекислых пород (известняк, мергель и др.) подземными водами; подземные пожары; взрывы рудничного газа и пыли; работа двигателей внутреннего сгорания.
Различают обыкновенные, суфлярные и внезапные выбросы СО2 (в отечественных шахтах и рудниках не наблюдались). Количество газа, образующегося и выделяющегося в выработки шахты за сутки, принято называть абсолютной газообильностью, а на одну тонну добычи – относительной газообильностью.
Классификация шахт и рудников по величине относительной углекислотообильности аналогична классификации по газообильности.

Ядовитые примеси рудничного воздуха.
Оксид углерода (СО) – газ без цвета, вкуса, запаха. Удельный вес 0,97. При концентрации 13 – 75% с воздухом образует взрывчатую смесь, температура воспламенения 630 – 810 єС. Очень ядовит ПДК не более 0,0024%.
Сероводород (Н2S) – газ без цвета с характерным запахом (тухлых яиц) и сладковатым привкусом. Горюч, при концентрации 4,5 – 45,5% с воздухом образует взрывчатую смесь. При концентрации 0,05% через 0,5 – 1 час смертельное отравление, при 0,1% быстро наступает смерть. ПДК 0,00066%.
Сернистый газ (SO2) – газ без цвета, со своеобразным колющим запахом и кислым вкусом. Удельный вес 2,2. Весьма ядовит. Сильно разъедает слизистые оболочки дыхательных путей и особенно глаз. Концентрация 0,05% смертельно опасная даже при кратковременном действии. ПДК 0,000035%.
Оксиды азота (окись азота NO, двуокись NO2, четырехокись N2O5) Окислы азота обладают характерным резким запахом, действует раздражающе на слизистые оболочки глаз, носа, рта, а также на легкие и верхние дыхательные пути. В отличии от других газов, отравляющее действие проявляется не сразу, через некоторое время 4 и более часов. Концентрация окислов азота 0,025%, даже при кратковременном воздействии опасно для жизни. ПДК не более 0,0002%.
Прочие ядовитые газы.
Компрессорные газы – смеси газов, образующихся при разложении смазочных масел.
Аммиак (NH3), ПДК – 0,0025%.
Выхлопные газы: акролеин (CH2–CHCHO), ПДК - 0,000025%, формальдегид (HCHO), ПДК – 0,000075%.
Радиоактивные газы имеют место при разработке радиоактивных руд (радон, торон, актинон), ПДК устанавливаются с учетом вида излучения.

Взрывчатые примеси рудничного воздуха.
Водород (H2) – газ без цвета. Удельный вес 0,07%. Горюч, при концентрации от 4,1- 74% с воздухом образует взрывчатую смесь, наибольшая сила взрыва 28,6%. Температура воспламенения 580 – 600 °С. Шахты, в которых хотя бы на одном пласте (залежи) обнаружен водород, относятся к опасным по газу. Считается, что 1м3 H2 эквивалентен 2м3 CH4. В основном выделяется из угля и вмещающих пород.
Метан (CH4) – газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес 0,554 относительно воздуха. Метан вреден лишь потому, что снижает содержание кислорода в воздухе.CH4 при концентрации менее 5 % горит при соприкосновении с источником воспламенения голубым пламенем, при содержании от 5 до 16 % образует взрывчатую смесь. Температура воспламенения 650 °С, запаздывание (индукция) составляет 10 сек, при 1000 °С – 1 сек. При концентрации свыше 16 % горит лишь при наличии кислорода извне. Наибольшая сила взрыва при содержании 9,5 % метана.
Метан сохраняется в угле в виде: свободного газа, заполняющего трещины, пустоты, крупные поры; сорбированного (связанного) газа, т. е. сгущенного в виде «пленки» на поверхности вещества или образующего с углем твердый раствор.
Различают три основных вида выделения метана: обыкновенное – происходящее медленно, но непрерывно из микротрещин и пор в угле и породе; суфлярное – выделение газа из пустот в угле и породах через видимые трещины под давлением; внезапное – кратковременное выделение значительных объемов газа при одновременном разрушении части массива угля (породы) в забое.

Рудничная пыль.
Запыленность воздуха в рудниках и шахтах предопределяется технологическими факторами (способами разработки и интенсивностью горных работ) и некоторыми природными свойствами разрабатываемых п. и. (пылеобразующей способностью) Фактическая запыленность воздуха в выработках зависит от эффективности применения способов и средств борьбы с пылью.
Под угольной пылью, которая может принять участие во взрыве, понимают пыль, проходящую сквозь сито с отверстием 1 мм.
Взрывоопасной угольной пылью является пыль, содержащая более 10% летучих веществ, т.е. газов, выделяющихся при сухой перегонке угля.
Границы взрывоопасности угольной пыли – это интервал от 40 до 1000 г/м3, в котором поднятая в воздух угольная пыль образует взрывоопасную среду. Самый сильный взрыв пыли 250 – 350 г/м3.
Температура воспламенения угольной пыли, под которой понимается температура, вызывающая воспламенение поднятого облака угольной пыли составляет 550 °С.
Механизм взрыва протекает следующим образом. В результате резкого движения воздуха образуется пылевое облако с содержанием пыли в количестве, соответствующем пределу взрываемости. Нагрев витающей угольной пыли до температуры воспламенения приводит к выделению летучих веществ и затем к их взрыву.

ТЕМА 7. ПРОВЕДЕНИЕ И КРЕПЛЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Формы поперечного сечения горных выработок и факторы, определяющие их выбор
Геологические условия проходки горных выработок весьма разнообразны. В угольной промышленности выработки проходятся, в основном, по породам с коэффициентами крепости f=2ч7, в отдельных бассейнах с f=9ч12 и редко – в более крепких слоях.
Основными факторами, определяющими форму поперечного сечения выработки, являются: физико-механические свойства горных пород, назначение и срок службы выработки, материал крепи, положение выработки в пространстве, размеры поперечного сечения выработки, величина и направление горного давления.
В зависимости от указанных факторов горные выработки имеют различные формы поперечного сечения. В производственной практике наибольшее распространение получили арочная, трапециевидная, прямоугольная и сводчатая формы поперечного сечения. В меньшей степени применяются круглая, эллиптическая и полигональная формы.
В настоящее время на угольных шахтах наибольшую долю занимают крепи арочной формы(79%), на долю крепей с плоским перекрытием приходится 20% и круглой 1%.
Большие объемы проведения выработок требуют весьма тщательно обоснованных решений в части выбора формы и размеров их поперечного сечения, материала и конструкции крепи.
Арочная форма с металлической рамной крепью применяется при проходке выработок в породах с коэффициентом крепости f=3ч9, находящихся в зоне установившегося горного давления, а также в зоне влияния очистных работ при отсутствии пучащих пород в почве.
Достоинство арочной формы заключается в том, что по своей конфигурации она приближается к своду естественного равновесия, что уменьшает растягивающее напряжение в кровле и, следовательно, горное давление.
Трапециевидная (прямоугольная) форма позволяет при прочных породах кровли использовать их несущую способность, проще обеспечивать поддержание сопряжения выработки с очистным забоем более эффективно использовать крепи усиления на сопряжении в виде обычных гидравлических или деревянных стоек. При этой форме в случае нижней подрывки пород существенно улучшается состояние кровли на сопряжении с лавой. Однако, как показывает отечественный и зарубежный опыт, с увеличением глубины разработки область возможного применения трапециевидной формы сокращается, и на больших глубинах более рациональной является сводчатая (кольцевая) форма выработок.

Размеры поперечного сечения горных выработок
Размеры поперечного сечения горных выработок определяются количеством воздуха, пропускаемого по этим выработкам, максимальными размерами транспортных средств, применяемых для транспортирования полезного ископаемого, доставки материалов и оборудования, доступными зазорами между наружным размером транспортных средств внутренней стенкой выработки, предусмотренными правилами безопасности (ПБ) и строительными нормами и правилами (СНиП), по проектированию поперечного сечения.
Размеры поперечного сечения выработок различают в свету и в проходке. Размеры в свету определяют в соответствии с правилами безопасности, а размеры в проходке складываются из размеров в свету, толщины крепи, межрамных ограждений и переборов пород, которые при проведении выработок должны быть не более 5 % проектной площади их поперечного сечения. Ширина выработки в свету определяется суммированием ширины транспортных средств и требуемых зазоров.
- между крепью и наиболее выступающим габаритом подвижного состава 0,2-0,25 м, в зависимости от вида крепи;
- между крепью и конвейером - не менее 0,4 м
- между наиболее выступающим габаритом подвижного состава, конвейера и свободного прохода для людей 0,7 м
- между конвейером и подвижным составом – 0,4 м
- от выступающей части конвейера до верхняка не менее 0,5 м, а у натяжных и приводных головок – не менее 0,6 м.
Указанные выше боковые зазоры и проходы должны соблюдаться на высоте не менее 1,8 м
Далее графически – определяют минимальную ширину выработки в свету, а затем аналитически все остальные ее размеры и площадь поперечного сечения.
Сущность графического способа состоит в следующем. На бумагу в определенном масштабе на уровне верхней кромки подвижного состава или конвейера наносят габариты принятого оборудования, размещаемого в выработке, минимальные зазоры и расстояния между отдельными механизмами, оборудованием и постоянной выработки. Затем по масштабу находят ширину выработки в свету на уровне верхней кромки подвижного состава или конвейерной установки. После этого аналитически определяют все остальные размеры. При проектировании поперечного сечения выработки в свету необходимо учитывать запас на возможные осадки пород, зависящий от типа выработки, условий ее поддержания и мощности пласта угля. В типовых сечениях предусмотрена вертикальная податливость крепи 300 мм и горизонтальная на уровне 1,8 м от почвы выработки – 230-290 мм. При проведении выработки буровзрывным способом имеют место переборы породы. Поэтому фактическое сечение выработки в проходке составляет S = (1,03ч1,05)Sвч.
По расчетному поперечному сечению в свету принимают ближайшее, типовое сечение. Принятое сечение проверяют на скорость движения воздуха аналитическим способом с учетом газообильности шахты по формуле
13 EMBED Equation.3 1415
где V – расчетная скорость движения воздуха, м/с; k = 1,45 – коэффициент утечки воздуха и неравномерности добычи угля; q – выделение метана на 1 т суточной добычи, мі; А – суточное количество угля, транспортируемого по выработке, т; Sсв - площадь поперечно сечения выработки в свету, мІ; d – допускаемое содержание метана в исходящей струе воздуха выработки, %; VD – скорость движения воздуха, допускаемая по ПБ, м/с.
Если скорость движения воздуха по выработке превышает величину, установленную ПБ, то необходимо подобрать ближайшее типовое сечение, обеспечивающее допустимую скорость движения воздуха. Согласно ПБ, максимальная скорость движения воздушной струи не должна превышать в квершлагах, откаточных и вентиляционных штреках, капитальных и панельных уклонах и бремсбергах 8 м/с, а в остальных - 6 м/с. Минимальная средняя скорость движения воздуха должна быть не менее 0,25 м/с.

Горное давление в выработках и конструкции крепей.
Горные породы в нетронутом массиве находятся в равновесном, пространственно всестороннем направленном состоянии. Горное давление это давление среды на отельную часть массива или на искусственное сооружение, возникающее и развивающееся в процессе горных работ (причина – сила тяжести пород).
После проведения горной выработки в массиве вокруг нее перераспределяются напряжения, возникающие силы стремятся прийти снова в равновесное состояние, вызывают деформацию пород: упругие, затем остаточные, в том числе с разрывами сплошности пород и разрушениями.
Для предупреждения или снижения деформации пород вокруг выработок в последних устанавливают крепь, после чего работает система "порода-крепь".
Горной крепью называются специальные конструкции, возводимые в подземных выработках для сохранения необходимых размеров поперечного сечения их и предотвращения обрушения окружающих пород.
Требования к крепи: прочность, устойчивость, долговечность; минимальное заполнение сечения выработки; минимальное аэродинамическое сопротивление; минимальные затраты на изготовление; транспорт, установку и поддержание; возможность механизации процессов.
Крепь бывает: деревянная, металлическая, каменная, бетонная, железобетонная, кирпичная, шлакоблочная и смешанная; сплошная (бетон) и рамная (всплошную и разбежку); жесткая, податливая, шарнирная; временная и постоянная; обычная и специальная.
Различают следующие конструкции горной крепи.
1. Деревянная крепь. Основной вид – крепежная рама, состоящая из верхняка, стоек (неполная рама) и лежня - полная рама. Чаще всего рамы бывают трапециевидной формы, прямоугольной (реже) и редко – неправильной формы. Крепят рамами всплошную или в разбежку. Раскрепляют клиньями, делают затяжку, за ней - забутовывают. Диаметр леса – 16 - 32 см. Концы стоек заостряют. Соединение элементов крепи: в лапу, в зуб, в шип, в стык, в паз и т.д. Наклон стоек у рам – 80 - 85є. Применяют также при крепких боковых породах и бесстоечную крепь и срубовую (венцовую).
2. Металлическая крепь. Применяется в виде трапециевидных рам, бочкообразных, арок, колец, которые могут быть жесткими, податливыми и шарнирными. Рамы, кольца и арки устанавливают в разбежку через 0,5 - 1,2м и затягивают деревянной, железобетонной затяжкой, металлической решеткой или сеткой. Трапециевидные рамы выполняют из двутавров № 16-27. Верхняк со стойкой соединяют с помощью специальных башмаков или накладок. Нижний конец стойки опирается на плитку или деревянный лежень через литой или сварной башмак. Расход металла на эту крепь очень велик, практически нет податливости, единственное достоинство: - простота изготовления.
Арочная жесткая крепь (АЖ) изготавливается в виде жесткой двухшарнирной арки из двух полуарок, соединенных в замке с помощью накладок и болтов.
Арочная шарнирная (АШ) бывает трех, - и пятишарнирная. Наибольшую податливость обеспечивает пятишарнирная.
Арочная податливая крепь (АП). Из спецпрофиля применяется для крепления выработок в условиях вертикального неустановившегося горного давления. Элементы арки соединяют внахлестку и стягивают двумя хомутами. Длина нахлестки – 300 мм. Профили 27, 22 и 17 кг/м; податливость достигается за счет скольжения элементов – 30 - 35мм. Достоинство – большой срок службы. Требует весьма тщательного соединение элементов крепи, иначе могут произойти скручивание, перекосы арки и как следствие потеря податливости.
3. Каменная и бетонная крепь. Применяется для крепления выработок с большим сроком службы при значительном горном давлении вне зоны влияния очистных работ. Основная форма при вертикальном горном давлении – сводчатая с вертикальными стенками. Своды бывают: полуциркульные (hс=0,5L); повышенные (hс>0,5L); пониженные (hс<0,5L). По очертаниям – цилиндрические, очерченные одним радиусом; трехцентровые (коробовые), очерченные двумя радиусами из трех центров и параболические.
При значительном горном давлении не только сверху, но и с боков или даже со стороны почвы применяют подковообразную форму сечения - очерчивается из трех центров; замкнутую (подковообразную с обратным сводом) и кольцевую.
Фундаменты каменной и бетонной крепи заглубляют в подошву на 25 – 50 см, а при наличии водоотливной канавки - на 50 – 100 см. В крепких породах стены заглубляют на 20 - 30см без фундамента.
Каменная крепь кладется из штучных камней на цементно-песчаном растворе состава 1:3. Закрепное пространство забучивают породой и заливают раствором 1:5-1:7. Толщина забутовки не должна превышать 10-15 см. При значительном горном давлении применяют каменную податливую крепь: камни кладут без раствора с укладкой упругих прокладок, например деревянных. Забутовка производится без заливки раствором.
Бетонная крепь прочна, монолитна, возведение ее легко механизировать. Набрызг-бетонная крепь, получаемая в результате безопалубного бетонирования, наиболее прочна, хорошо сцепляется с породой. Мал расход бетона, возможна полная механизация и выполнение работ у забоя. Набрызг-бетонная крепь применяется иногда в сочетании со штанговой крепью, иногда - с металлической рамной.
4. Железобетонная крепь. Монолитную железобетонную крепь применяют в наиболее ответственных капительных выработках при больших нагрузках, особенно неравномерных. Применяют гибкую- прут, жесткую- двутавр, швеллер, рельс и смешанную арматуру. Очень высокая трудоемкость.
Сборная железобетонная крепь применяется в выработках самой различной формы и бывают жесткой и податливой. Элементы ее изготавливают индустриальными методами и собирают на месте работ. Стоимость крепи довольно высока.
Различают два основных вида крепи: рамную, устанавливаемую вразбежку с затяжками и панельную сплошную- из тюбингов, плит или блоков. Применение этой крепи сдерживается отсутствием хороших крепеукладчиков.
5. Штанговая крепь. Еще она называется анкерная: представляет собой систему закрепленных в шпурах штанг, расположенных по контуру или кровле выработки и, как бы связывающих массив пород и поддерживающих его с помощью подхватов, опорных плиток или сетки. Штанги применяются металлические, железобетонные, деревянные, сталеполимерные. Конструкций замков очень много. Применение штанговой крепи снижает трудоемкость крепления в 1,5-2 раза и дает большую экономию.
6. Крепь сопряжений. На закруглениях и сопряжениях ширина выработки увеличивается, и рамы крепи ставят по радикальным направлениям. При тюбинговой и кольцевой железобетонной крепи применяют либо кольцевые конические вставки, либо конические, кольца с сегментами переменной ширины. Сопряжения могут быть прямыми, или косыми. При плоском перекрытии в месте примыкания к выработке другой ставят камерную раму, на которую опирают верхняки крепи примыкающей выработки. При прямом примыкании рядом с камерной рамой ставят первую раму примыкающей выработки.
7. Временная крепь. Поддерживающая временная крепь применяется до возведения постоянной в виде отдельных стоек, неполных рам, арок из легкого проката, штанг и т.д. Свод можно поддерживать (при устойчивых боках) арками из профиля, укрепляемые закладными штырями или штангами. Вот один из видов ограждающей от заколов крепи. Это подвесные верхняки с затяжкой. Временная крепь обычно извлекается при возведении постоянной.

Основные сведения об организации работ и способы
проведения горизонтальных и наклонных горных выработок.
Совокупность основных и вспомогательных проходческих операций, повторяющаяся в определенной последовательности в течение определенного промежутка времени, в результате которых выработка продвигается на расчетную (установленную) длину, называется проходческим циклом. Продолжительность цикла обычно принимается кратной продолжительности смены. Циклическая организация работ упорядочивает, дисциплинирует труд проходчиков, что приводит к повышению технико-экономических показателей проходки.
Основные проходческие операции: отбойка пород (БВР, механические, гидравлические и др.); проветривание; погрузка породы; возведение крепи.
Вспомогательные: транспортирование породы; доставка материалов; установка временной крепи; устройство канавок; настилка путей; прокладка коммуникаций; передвижка приспособлений.
Проведение наклонных горных выработок осуществляется аналогично проведению горизонтальных. Форма, размеры и тип крепи выбираются так же. Особенности проведения обусловлены лишь положением выработок в пространстве. При проведении выработок сверху вниз особое внимание должно уделяться водоотливу, снизу вверх – проветриванию. Проходы для людей предусматриваются в выработках, где нет рельсового транспорта, т.к. в последних по ПБ передвижение людей запрещено.
Сведения о различных видах отбойки представлены ниже.
Различают следующие схемы проветривания: нагнетательная, всасывающая и комбинированная. Для проветривания забоев применяют вентиляторы местного проветривания “Проходка-500м”, “Проходка-600”, СВМ-6м (сняты с производства). ВМ-3(4,5,6,8) с электрическим приводом и ВМП-3(4,5) с пневмоприводном. Цифры указывают диаметры входных и выходных отверстий. Вентиляционные трубы – из металла, ткани, фанеры и полимерных материалов. При нагнетательном способе проветривания применяют обычно прорезиненные трубы Ш300-600мм с длиной звеньев 5,10,20м.
Расчет проветривания включает выбор схемы проветривания, расчет количества воздуха, величины депрессии и выбора типа вентилятора. Количество необходимо для проветривания воздуха рассчитывают по 6 факторам: по расходу ВВ; по газовыделению; по пылевому фактору; по числу людей; по добыче; по минимальной скорости струи по выработке.
Погрузка породы осуществляется: породопогрузочными машинами с рабочими органами цикличного (ППН – 2) или непрерывного (ПНБ – 3К с нагребными лапами) действия; скреперными установками; погрузочно-доставочными машинами; конвейером при комбайновой проходке.
Временную крепь возводят вслед за подвиганием забоя, постоянную - с некоторым отставанием, предусмотренным паспортом крепления. Паспорт крепления составляется начальником участка и утверждается главным инженером. Содержит: характеристику выработки, разрезы, характеристику пород, технико-экономические показатели, конструкцию крепи и т.д.
Вспомогательные операции, такие как, устройство канавок, настилка пути, навеска труб, кабелей и т.д. - выполняют по возможности с совмещением во времени с основными операциями.

Проведение горизонтальных и наклонных горных выработок
в однородных крепких породах
В однородных крепких породах (f>4) выработки проводят с помощью БВР или с помощью проходческих комбайнов - сплошным забоем или с разделением его на уступы, в каждом из которых выполняется определенный проходческий цикл.
Наиболее часто при взрывании шпуров применяют ВВ: скальный аммонит №1; аммонит №6 – ЖВ; детониты. Из предохранительных ВВ только по породе АП-4-ЖВ, АП-5-ЖВ, победит ВП-4. По углю – аммонит ПЖВ-20, угленит Э-6 и др.
В шахтах, не опасных по газу и пыли – игданиты и водонаполненные ВВ, представляющие собой ряд аммиачно-селитренных ВВ, содержащие дополнительно тротил, воду, загуститель, порошок алюминия. Такие ВВ поддаются механизированному заряжанию. Применяются также зерногранулы и другие виды ВВ.
В шахтах, опасных по газу и пыли разрешается только электровзрывание с помощью ЭД мгновенного действия (ЭД-8П; ЭД-8-ПМ) и ЭД КЗД (ЭД-КЗ-ПМ-15; ЭД-КЗ-ПМ-25). В неопасных – также ЭД замедленного действия, огневое взрывание (ОШ и КД).
Удельный расход ВВ определяют по эмпирическим формулам. Величина забойки в шпурах принимается по ПБ. В шахтах, опасных по газу и пыли взрывание без забойки запрещено. Для шахт и рудников, опасных по газу и пыли – в зависимости от длины забойки, предусматриваемой ПБ диаметр патронов ВВ 28,32,36,45 мм. Число шпуров в забое определяют по формуле или по таблицам, составленных на основе обобщения данных практики и уточняют при опытных взрывах. Глубина шпуров чаще всего выбирается исходя из выполнения работ проходческого цикла в заданное время.
Шпуры стараются расположиться по определенной системе равномерно по забою. Врубовые шпуры, разрушающие и частично выбрасывающие начальный объем породы, обычно на 10ч20 см длиннее отбойных (основных). Оконтуривающие шпуры располагают в 10ч30 см от контуров выработки и бурят с наклоном к стенкам забоя. Они выходят за пределы контура на 10ч15 см в крепких породах и не доходят на 10см до контура забоя в породах средней крепости и сильно трещиноватых.
Врубы могут быть клиновыми, прямыми, призматическими или спиральными; часто с опережающей скважиной и др.
Бурение шпуров осуществляется ручными перфораторами ПР-20, ПР-25л, ПР-30к и др. или колонковыми ПК-3 (КЦМ-4), ПК-5 (КС-50). В некрепких породах шпуры бурят электросверлами.


Проведение горизонтальных и наклонных горных выработок
в однородных мягких породах.
В однородных мягких породах горные выработки проводят: с помощью отбойных молотков; с помощью БВР; с помощью проходческих комбайнов; с помощью гидромеханизации.
Отбойные молотки МО–8у, МО-10у и МОО-10 (с орошением) применяют при f
·1,5 по нарушенным и сильно газоносным пластам. Отбивают породу секциями на уход 1,0ч1,3м максимальная скорость (в Подмосковье) – 441 м/мес при S = 6мІ; способ дорогой и трудоемкий.
БВР применяют на крепких углях (f
·2), марганцевых рудах и т.д. Глубина шпуров: 1,5-3 м. Расстояние между шпурами – не менее 60 см. ЛНС – не менее 50 см. Забой по углю и 20 м выработки от него орошается с добавлением смачивателя.
В шахтах, опасных по газу и пыли, применяют высокопредохранительные ВВ в водонаполненных полиэтиленовых оболочках (ПВП-2). Забойка в шпурах - не менее 1/3 длины и не менее 30см.
Гидромеханизация при проходке выработок применяется на гидрошахтах при площади забоя 3-5 мІ. При f
·1,5 отбойку ведут непосредственно высоконапорной струей, при большой крепости – предварительно рыхлят пласт ВВ (0,6-0,8 кг/т). Отбитый уголь (породу) транспортируют водой по желобам, уложенным в почве.
Наиболее полно механизируются работы по проведению выработок при применении проходческих комбайнов. Комбайном отбиваю породу, и осуществляют ее погрузку. Используют комбайны при f
·4-5, при
·
·15є.
Существуют комбайны с исполнительным органом цикличного и непрерывного действия. Исполнительный орган комбайна – избирательного действия, роторный, планетарный и т.п. Передвижение осуществляется на гусеницах, погрузка породы – комбайновым транспортером.

Проведение горизонтальных и наклонных выработок в неоднородных породах.
При проведении штреков по тонкому пласту (жиле) в забое оказываются различные по свойствам породы. В таких случаях штреки проводят сплошным забоем или же с разделенной выемкой полезного ископаемого и породы. В первом случае проста организация работ, но велики потери полезного ископаемого. Во втором случае потери снижаются, но усложняется организация труда. При раздельной выемке полезного ископаемого и породы забои проводят узким или широким забоем. При проходке узким забоем полезное ископаемое вынимается только на ширину выработки, а при проходке широким забоем – ширину его по полезному ископаемому принимают больше пролета выработки на величину – необходимую для размещения в раскоске породы с учетом увеличения ее объема при разрыхлении.
В неоднородных породах штреки проводят буровзрывным способом, комбайнами и комбинированным способом, при котором уголь вынимается с помощью комбайна или гидромониторов, а породу – буровзрывным способом.
При проведении штреков широким забоем вся порода от проходки остается в шахте, размещаемая в раскоске. Широкий забой применяется чаще всего при пологом залегании и пластов мощностью 0,5 - 1,3м, раскоска может быть нижней, верхней и двусторонней.

ТЕМА 8. КРЕПЛЕНИЕ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ.
При ведении очистных работ в длинных забоях (лавах) породы кровли и почвы обнажаются на большой площади, деформируясь в сторону выработанного пространства. Породы почвы стремятся к упругому восстановлению, а породы кровли испытывая действие собственного веса, расслаиваются, прогибаются, разбиваются трещинами. Подработанные после выемки полезного ископаемого породы теряет опору. Одна часть веса этих пород передается на почву выработки, а другая - на краевые части массива вокруг очистной выработки, создавая опорное давление.
Если напряжение в зоне опорного давления превышает несущую способность пласта, то происходит разрушение его краевой части и максимум опорного давления перемещается в глубь массива.
Под горным давлением понимают силы, возникающие в массиве пород вокруг выработки. Для предотвращения обрушений пород в рабочее пространство очистного забоя применяют мероприятия по регулированию проявлений горного давления – крепления рабочего пространства очистного забоя и управление давлением пород за его пределами.
Крепь должна иметь достаточную прочность, устойчивость и жесткость при минимальной массе, обеспечивать выполнение в призабойном пространстве всех производственных процессов и пропуск через него необходимого количества воздуха. Крепь должна быть надежной и долговечной, а ее применение – экономически целесообразным.
Крепи в длинных очистных забоях разделяют на индивидуальные и механизированные. Индивидуальные крепи состоят из несущих и поддерживающих элементов не связанных между собой конструктивно (стойки и верхняки), устанавливаемые совместно и разбираемых полностью или частично при передвижке и переноске. В зависимости от выполняемых функций индивидуальные крепи разделяют на призабойные и посадочные, по материалу на деревянные и металлические. Призабойная крепь устанавливается или передвигается вслед за подвиганием забоя и служит для поддержания кровли в рабочем пространстве очистной выработки. Посадочная (специальная) крепь устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространстве и служащая для управления кровли обрушением или плавным опусканием.
Металлические крепи, операции передвижки и установки которых полностью (или почти полностью) механизированы, называют механизированными. Механизированная крепь выполняет такие основные функции как управление горным давлением, активное поддержание кровли в рабочем пространстве очистного забоя и ограждение его от проникновения обрушенных горных пород.
Механизированные крепи по основным выполняемым функциям и взаимодействию с боковыми породами разделяют на:
оградительные крепи – выполняют только одну функцию-ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в него обрушенных пород кровли;
поддерживающие крепи выполняют две основные функции: управление горным давлением способом полного обрушения и поддержание кровли в рабочем пр-ве лавы;
оградительно-поддерживающие крепи выполняют все три функции: управление горным давлением, поддержание кровли в рабочем пространстве и ограждение его от проникновения обрушающих пород кровли;
поддерживающие - оградительные крепи выполняют также все три функции, но функция поддержания превалирует над оградительной. Основное преимущество поддерживающее – оградительной крепи перед оградительно – поддерживающей – большее рабочее пространство для размещения оборудования и прохода людей.

ТЕМА 9. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ.
Управление горным давлением – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя в целях обеспечения безопасных и необходимых производственных условий эффективной и наиболее полной выемки полезного ископаемого.
Способы управления горным давлением разделяют на три основные группы:
- обрушение пород в выработанном пространстве;
- искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве;
- естественное поддержание кровли в выработанном пространстве (за счет оставления опорных целиков прямоугольной или столбчатой формы).
В настоящее время основным и самым распространенным способом управления горным давлением при выемке угля является полное обрушение пород кровли (в целом по угольной промышленности около 97 %), перспективным – полная закладка выработанного пространства пустой породой, добываемой в шахте или поступающей с поверхности (около 1 %).
Полное обрушение заключается в периодическом по мере подвигания очистного забоя обрушении пород кровли за пределами призабойного пространства с целью уменьшения давления на крепь. При индивидуальной крепи обрушение пород производится путем удаления призабойной и специальной крепи в той части призабойного пространства, которое нет необходимости поддерживать для обеспечения нормальной работы людей и механизмов. При этом специальная крепь устанавливается по линии, по которой происходит обрушение пород в выработанное пространство. Расстояние, через которое производится обрушение пород, называется шагом посадки, который принимается кратным ширине захвата выемочной машины (ширина вынимаемой полосы угля). При механизированной крепи породы обрушаются самопроизвольно вслед за ее передвижением, шаг посадки зависит от конструкции крепи и свойств пород кровли.
Управление горным давлением плавным опусканием (прогибанием) применяют при породах кровли, способных плавно опускаться без значительных разрывных нарушений, и при почве, склонной к вспучиванию. Мощность пласта при этом не должна превышать 1 – 1,2 м. При плавном опускании в качестве специальной крепи применяют костры, устанавливаемые в один или два ряда в шахматном порядке. Костры переносят через каждые 1,5 – 2 м. Если их два ряда, то переносят тот ряд, который находится дальше от забоя лавы. В результате некоторого смятия костров кровля плавно опускается и ложится на почву, которая к этому времени несколько вспучивается. Плавное опускание применяют при разработке весьма тонких пластов, когда породы кровли способны опускаться путем сдвигов большого числа блоков. В результате этого на расстоянии 20 – 30 м и более от забоя кровля опускается на почву.
При искусственном поддержании выработанного пространства создается искусственная опора под нависающими консолями пород кровли. Для этого выработанное пространство заполняется различными закладочными материалами, образующими закладочный массив. Под термином «закладка» подразумевается совокупность процессов, охватывающих приготовление, складирование, транспортирование и укладку в выработанное пространство закладочного материала, т.е. пустой породы, состав и свойства которой отвечают определенным требованиям. Применение полной закладки обеспечивает существенное снижение потерь полезного ископаемого в недрах, уменьшение пожароопасности при разработки пластов, уголь которых склонен к самовозгоранию, увеличению безопасности работ, исключает образование провалов на поверхности, особенно при разработке мощных крутых пластов, и значительные опускания поверхности. Таким образом, разработка месторождений с полной закладкой является одним из мероприятий по охране недр и окружающей среды. Однако возведение закладочного массива является весьма трудоемким дополнительным процессом в технологической схеме подземной добычи угля. В результате стоимость закладочных работ составляет 15-20 % стоимости работ по добыче угля. Поэтому закладку применяют лишь в тех случаях, когда другие, более простые и дешевые способы управления горным давлением в данных горно-геологических условиях не могут обеспечивать безопасную и эффективную добычу угля.
В настоящее время, в зависимости от способов транспортирования и укладки, находят применение гидравлическая, пневматическая, комбинированная (гидропневматическая), самотечная и механическая закладки, а также комбинированная (механопневматическая и гидропневматическая)
При разработке угольных (пластовых) месторождений наибольшее применение получила частичная закладка выработанного пространства и управление кровлей частичных обрушением.
Частичную закладку выработанного пространства применяют для того, чтобы при помощи бутовых полос удерживать породы непосредственной и основной кровли от обрушения. Для получения закладочного материала в выработанном пространстве проводят ряд специальных выработок – бутовых штреков. Полученную из бутовых штреков породу укладывают в выработанном пространстве на всю мощность пласта в виде породных (бутовых) полос. Бутовая полоса – закладочный массив, возводимый в виде полосы в выработанном пространстве. Породы непосредственной кровли в выработанном пространстве между бутовыми полосами обрушаются сами по себе, на некотором расстоянии позади забоя лавы. Расстояние между бутовыми полосами принимают от 6 до 12 м, ширину бутовых около 3 м, высоту подрывки пород кровли или почвы 1 – 1,2 м. Ширину бутовых полос принимают 6 – 7 м из расчета возможного в них всей взорванной породы. Отставание бутовых полос от забоя лавы равно ширине призабойного пространства (2 – 3 м). Частичная закладка применяется на пластах мощностью 0,5 – 1,2 м при слабой кровле или почве, при наличии в пласте породных прослойков значительной мощности.

ТЕМА 10. ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА ШАХТНЫХ И РУДНЫХ ПОЛЕЙ.

Вскрытие шахтных полей
Вскрытием месторождения или шахтного поля называют пространственное проведение комплекса вскрывающих выработок, которые открывают доступ с поверхности к полезному ископаемому и обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок.
Различают схему и способ вскрытия шахтного поля. Схемой вскрытия называют пространственное расположение сети вскрывающих выработок (стволы, штольни и др.) относительно границ шахтного поля.
Способ вскрытия – пространственное расположение системы вскрывающих выработок в шахтном поле относительно границ шахтного поля. Способ вскрытия – это качественная характеристика шахты, отражающая особенности вида и взаимного расположения главных и вспомогательных выработок, проводимых в период строительства и эксплуатации горного предприятия для создания доступа с поверхности земли к шахтному полю или его части.
Способы вскрытия шахтных полей: вскрытие вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированные способы вскрытия.
Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами является наиболее распространенным, его применяют независимо от количества рабочих пластов в шахтном поле, мощности и угла падения этих пластов, мощности наносов и глубины разработки, производительности шахты и пр. При вскрытии вертикальными пластами с поверхности до горизонта, намеченного к вскрытию, проходятся два вертикальных ствола – главный и вспомогательный, расположенные, как правило, рядом. На вскрываемом горизонте они сбиваются вентиляционной сбойкой или другой выработкой для создания вентиляционной сети, позволяющей вести дальнейшие работы на вскрываемом горизонте. Затем проводятся основные выработки и камеры околоствольного двора. На практике наиболее распространенными способами вскрытия вертикальными стволами является: вскрытие вертикальными стволами без дополнительной вскрывающей выработки; вскрытие вертикальными стволами и капитальными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и этажными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и наклонными квершлагами (скатами) и т.д.
Вскрытие пологих и наклонных пластов наиболее просто осуществлять при помощи наклонных стволов. Обычно проводят не менее двух стволов, что необходимо для безопасного ведения горных работ, а также для целей вентиляции. По одному из стволов свежий воздух поступает в шахту, а по другому выводится исходящая струя из шахты на поверхность. Для этой цели с поверхности до нижней границы шахтного поля по пласту угля при устойчивой кровли или в породах висячего, реже лежачего бока при неустойчивой кровли проводят главный наклонный ствол, параллельно ему на расстоянии не менее 30м от него. Наиболее распространенными способами вскрытия наклонными стволами является: вскрытие наклонными стволами без дополнительных вскрывающих выработок; вскрытие наклонными стволами и капитальными квершлагами; вскрытие наклонными стволами и этажными квершлагами и т.д.
Если пласты залегают в районе с сильно пересеченным рельефом (например, в гористой местности), то вскрытие их вертикальными или наклонными стволами связано с большими расходами по оборудованию поверхности. Поэтому в таких условиях часто, оказывается, целесообразно вскрывать штольнями.
На практике часто в силу различных условий залегания пластов в шахтном поле нецелесообразно применять ни один из рассмотренных способов вскрытия шахтных полей. Приходится для отдельных пластов или различных групп пластов использовать комбинированное вскрытие - с применением различных комбинаций способов вскрытия (например, одновременно наклонных и вертикальных стволов, капитальных и этажных квершлагов или гезенков). Очень часто комбинированные способы вскрытия встречаются на старых шахтах в результате их неоднократной реконструкции.
Основными схемами расположения вспомогательного ствола по отношению к главному в пределах шахтных пластов являются – центрально-сдвоенная, центрально-отнесенная, фланговая, секционная, отнесенная.
При центрально-сдвоенном расположении оба ствола шахты размещаются в центре шахтного поля на расстоянии 30 - 50м один от другого и соединяются между собой выработками околоствольного двора. Один из стволов – главный - служит для целей подъема полезного ископаемого на поверхность, другой – вспомогательный – используется для спуска и подъема людей и оборудования, выдачи породы, спуска лесоматериалов.
При ценрально-отнесенном расположении вспомогательный ствол пройден у верхней границы шахтного поля и используется главным образом для отвода исходящей струи воздуха.
При фланговом расположении главный ствол располагается в центре шахтного поля, а вспомогательные – на флангах у верхней границы. Стволы выполняют те же функции, что и при центрально-отнесенном расположении.
При секционном расположении главный и вспомогательный стволы сооружают в центре шахтного поля, другие же стволы (блоковые) – в блоках
При отнесенном расположении главный и вспомогательный стволы сооружают примерно посередине длины шахтного поля по простиранию за его пределами, как правило в породах лежачего бока вскрываемых пластов.


Подготовка шахтных полей
Подготовкой шахтного поля называют проведение комплекса подготовительных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающих условия для подготовки выемочных полей (столбов).
К подготовительным выработкам, проводимым при подготовке шахтного поля относят: главные (магистральные, групповые, панельные, этажные) штреки; капитальные или панельные бремсберги (уклоны) и ходки при них; промежуточные квершлаги, гезенки и др.
Схема подготовки - пространственное расположение системы основных подготовительных выработок в шахтном поле, при котором оно разделяется на части, обеспечивающие условия для подготовки выемочных полей. Различают панельную, этажную и погоризонтную схемы подготовки
Способом подготовки называют пространственное расположение подготовительных выработок в шахтном поле относительно пласта и его элементов и функционального назначения выработок.
По числу разрабатываемых пластов, обслуживаемых одной системой подготовительных выработок на откаточном горизонте различают индивидуальный или групповой способы подготовки. При индивидуальном способе подготовки проводят и поддерживают все выработки, необходимые для отработки одного пласта или его отдельных частей. При групповом способе подготовки основные подготовительные выработки проводят общими для всех разрабатываемых пластов свиты или отдельной ее группы.
По расположению подготовительных выработок относительно пласта и его элементов различают пластовый, полевой и пластово-полевой способы полготовки.
Различают подготовку шахтного поля и подготовку выемочного поля. Подготовка выемочного поля при делении шахтного поля на панели заключается в проведении и оборудовании всех подготовительных выработок в ярусе, панели, включая проведение и оборудование ярусных штреков и разрезных печей.

ТЕМА 11. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Под системой разработки пластовых месторождений понимают определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах шахтного поля, увязанных по времени и в пространстве.
Системы разработки должны соответствовать следующим требованиям:
1. безопасность ведения горных работ;
2. экономичность разработки;
3. минимальные потери полезного ископаемого;
4. охрана окружающей среды.
Экономичность системы разработки определяется достигнутыми при её применении технико-экономическими показателями:
-прибылью;
-производительностью труда;
-потерями полезного ископаемого.
Экономичность системы разработки достигается при условии минимальных трудовых затрат, расходы энергии и трудового материала на единицу объема полезного ископаемого.
Выбор системы разработки может производиться методом прямого отбора по принципу соответствия её главнейшим геологическим и горнотехническим условиям месторождения, а выбор варианта отобранной системы – методом экономических расчетов.
На выбор системы разработки в конкретных условиях влияют как горно-геологические, так и технические и организационные факторы. К этим факторам относятся:
1. Мощность пласта влияет на технологию очистной выемки и на проведение подготовительных выработок. Так, пласты тонкие и средней мощности, а также часть крутых мощных пластов разрабатываются на полную мощность, а мощные, пологие и наклонные пласты обычно вынимаются отдельными слоями. Если мощность пласта менее 2.5 м, то при проведении подготовительных выработок приходится подрывать часть пород, вмещающих пластов.
2. Угол падения пласта влияет на способ транспортирования ПИ вдоль очистного забоя. При углах падения до 20-25%, необходимы тех средства для транспортирования при больших углах падения ПИ может перемещаться самотёком. Также угол падения влияет на конструкцию средств механизированной выемки и крепления.
3. Свойства вмещающих пород обрушаться или плавно прогибаться имеют решающее значение при выборе способа управления горным давлением и средств механизации очистной выемки, а их устойчивость предопределяет расположение подготовительных выработок по пласту и пустым породам.
4. Геологические нарушения усложняют разработку месторождения и влияют на выбор средств комплексной механизации очистных работ с учетом переходимости этих нарушений.
5. Взаимное расположение пластов в свите влияет на очерёдность их выемки, особенно при разработке с ближних пластов и на способ их подготовки (совместно или раздельно).
6. При разработке обводнённых месторождений необходимо их предварительно осушать, или применять такие системы разработки, которые исключали бы проникновение воды в призабойное пространство очистной выработки.
7. Кливаж – естественная трещиноватость горных пород по параллельным поверхностям, не совпадающая с плоскостями напластования. С кливажем связанно свойство горных пород и угля более легко отделяется от общей массы по кливажным трещинам.

Сплошная система разработки.
Система разработки, при которой очистные работы в пределах этажа выемочного поля, участка или яруса ведут одновременно с проведением подготовительных выработок, незначительно опережающие в пространстве и времени очистные забои называется сплошной системой.
На практике встречается много вариантов сплошных систем разработки, в зависимости от способов подготовки пластов, проведения и охраны штреков (сплошная система разработки пологих и наклонных пластов лава – этаж, лава – ярус; сплошная система разработки с разделением этажа на подэтажи, ярусы на подъярусы).
Если пласт имеет мощность менее 0.9 – 1м, а вмещающие породы достаточно устойчивы, то откаточный штрек проводят узким забоем как одиночную выработку. Для ограждения штрека от влияния горного давления и предупреждения утечек воздуха через выработанное пространство лавы на пути его движения над штреком вслед за подвиганием очистного забоя выкладывают стенку шириной до 1м. Стенку возводят из стоек, уложенных одна на другую на глине.
Бутовую полосу шириной не менее 6м выкладывают из породы, получаемой от проведения бутового штрека. Если пласт имеет мощность более 0.9 – 1м, то откаточные штреки проводят также узким забоем с параллельной выработкой – просеком.
Штреки с просеком сбивают печами, они же являются выходами из лавы. Просеки служат для проветривания забоя штрека в период его проведения, а также для размещения в них скребковых конвейеров, служащих для выдачи угля из лавы на откаточный штрек.
Вентиляционный штрек, как правило, проводят вслед за лавой, причем забой по углю является общим. Забой штрека по породе отстаёт от забоя по углю на 2 -2.5 м. Породу, получаемую от подрывки кровли пласта, используют для выкладки бутовой полосы.
Длина лавы при благоприятных условиях может быть до 250м. Забой обычно прямолинейный, однако в зависимости от средств комплексной механизации по концам лавы могут оформлять одну или две ниши, или же работать без них.
Недостатки сплошной системы разработки:
1. очистные работы нельзя отделить в пространстве от подготовительных, что является причиной простоев и низких темпов подвигания как очистных, так и подготовительных забоев;
2. подготовительные выработки в течение всего срока их службы находятся в выработанном пространстве, поэтому испытывают усиленное горное давление, что приводит к частому ремонту крепи;
3. отсутствуют предварительная разведка пласта и его условий залегания;
4. велики утечки воздуха через выработанное пространство.
Область применения - тонкие и средние мощности, пологие и наклонные малогазоносные пласты без значительных геологических нарушений.


Система разработки длинными столбами.
Системы разработки длинными столбами отличает независимое ведение подготовительных и очистных работ в пределах выемочного поля. На момент начала очистной выемки подготовительной выработки оконтуривающие выемочным столбом должны быть проведены на всю его длину.
Столбовая система разработки применяется при любых способах подготовки шахтных полей, при этом очистной забой может двигаться по простиранию, по падению и восстанию, а также диагонально.
Достоинства столбовых систем разработки:
1. благоприятные условия поддержания подготовительных выработок, так как они находятся или в массиве угля или в зоне установившегося горного давления;
2. полное разделение подготовительных и очистных работ во времени и пространстве;
3. детальная разведка пласта в период подготовки столба;
4. возможность своевременной профилактической подготовки пласта к выемке (дегазация, проведение противовыбросных мероприятий, разупрочнение труднообрушаемых кровель);
5. возможность погашения подготовительных выработок позади очистного забоя;
Недостатки столбовых систем разработки:
1. большой объём подготовительных работ до начала очистной выемки;
2. наличие тупиковых выработок в период проведения подготовительных работ;
3. трудности с проветриванием очистного забоя на сопряжение его с вентиляционным штреком;
4. большие затраты на поддержание подготовительных выработок.
Система разработки длинными столбами (лава – этаж, лава – ярус). Этажные(ярусные) штреки проводят от капитального(панельного) бремсберга до границы этажа(панели), а затем соединяют разрезной печью. Высота этажа(яруса) при этом принимаются равной 150 – 300м, а длинна столба 1 – 2 км. Подготовка столба осуществляется пластовыми и полевыми выработками(полевая подготовка применяется при неустойчивых боковых породах). Область применения - пологие и наклонные пласты мощностью от 0.6 до 2.5м, с породами кровли от средней устойчивости до устойчивых, газоносность любая.
Системы разработки с разделением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы). Разделение этажа на подэтажи обеспечивает более высокую концентрацию горных работ. Этаж разделяется по падению на 2, очень редко на 3 части, которые отрабатываются соответственно двумя или тремя лавами, общей длинной 350 – 450м. При этажной подготовке этаж разделяется не только по падению на подэтажи, но и по простиранию на выемочные поля с размерами 750 -1000м по простиранию и 350 – 450м по падению. Если направление отработки выемочного поля совпадает с общим направлением отработки этажа, то такой вариант называется системой разработки длинными столбами по простиранию с транспортировкой угля по промежуточному штреку на передний бремсберг, а если в противоположном направлении, то на задний бремсберг.


Столбовая система разработки лава – этаж (лава – ярус) при пластовой подготовке.

Системы разработки длинными столбами по простиранию спаренными лавами
с подсвежением струи (с последовательным их проветриванием)

Комбинированные системы разработки.
Комбинированные системы разработки характеризуют одновременное наличие в порядке ведения очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля элементов различных систем разработки. Из множества вариантов комбинированных систем разработки выделяют «систему разработки парными штреками». Сущность её заключается в том, что нечётные этажи (ярусы) отрабатываются в прямом порядке сплошной системой, а чётные оказывающиеся оконтуренными выработками – сплошной.
Область применения: маломощные и средней мощности (до 1,5 м.) пласты с углами падения до 15%, при любой газоносности, залегающие в устойчивых и средней устойчивости вмещающих породах и не имеющих значительных геологических нарушений.
Достоинства: 1. быстрое развитие фронта очистных работ; 2. эффективное проветривание лав; 3. малые потери полезного ископаемого в связи с практическим отсутствием целиков; 4. высокие скорости подымание обратных лав.
Недостатки: 1. неполное использование фронта очистных работ; 2. интенсивное воздействие горного давления; 3. большая трудоёмкость поддержания подготовительных выработок.


Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 14397129
    Размер файла: 298 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий