Основы специальности ''Шахтное и подземное строительство''

Министерство образования Украины Донецкий государственный технический университет Кафедра “Строительство шахт и подземных сооружений”

Н.Р.Шевцов, Ю.И.Миндюков Основы специальности “Шахтное и подземное строительство”

Утверждено на заседании кафедры “Строительство шахт и подземных сооружений”, Протокол № 9 от «13» января 2000 года Рекомендовано к изданию методической Комиссией специальности 7.090303, Протокол № 26 от «14» января 2000 года

Донецк - 2000

2

УДК 622.235.3(24): 622 (075.3) Шевцов Н.Р., Ю.И.Миндюков

Основы специальности: Учебное пособие.-

Донецк: Новый мир, 2000.- 108 с.

Рассмотрены вопросы организации учебного процесса, краткие сведения о геологии и технологии подземной разработки полезных ископаемых. Приведены основные сведения о сооружении шахтной поверхности и горных выработок, системах обеспечения жизнедеятельности и бесперебойной работы горнодобывающих предприятий. Даны основные понятия по открытой разработке, а также проектированию строительства шахт и подземных сооружений. На всех этапах организации строительства подчеркивается роль горного инженера-строителя.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 7.090303 «Шахтное и подземное строительство». Может быть использовано студентами горных вузов и факультетов, а также учащимися техникумов и училищ горного профиля.

Рецензент: Калиниченко О.И., канд. техн. наук, доц.

3

Содержание Введениеие ………………………………………………..…………….…6 1. Общее сведения о горной науке и специальности .........…...………...7 1.1. Общая характеристика специальности ..........................................6 1.2. Из истории горной науки ………………………………………....7 1.3 Рекомендации студентам по рациональному использованию времени... ……………………………………………….........................9 Контрольные вопросы и задания ……………….......……………......11 2. Краткие сведения по геологии месторождений полезных ископаемых …………………………………………………………....12 2.1 Общие сведения о природе образования углей и руд .......…......12 2.2 Формы залегания полезных ископаемых .…………...…….........14 2.3 Общая характеристика ископаемого угля ……………………....16 2.4 Элементы залегания угольных пластов ………………………....19 2.5 Краткая характеристика Донецкого угольного бассейна ……....21 Контрольные вопросы и задания …………………………….......23 3. Современное горнодобывающее предприятие ………………...........24 3.1 Основные понятия …………………………………………….......24 3.1.1 Горнотехнические понятия ………………………………....24 3.1.2 Общие сведения о зданиях и поверхностных сооружениях .....................................................................................25 3.2 Технологическая схема горнодобывающего предприятия …......27 3.2.1 Поверхностный технологический комплекс ...............……......27 3.2.2 Подземный комплекс шахты ..............………………………......30 Контрольные вопросы и задания ………………………….........36 4. Основные положения технологии подземной разработки угольных месторождений …………………………………………......37 4.1 Понятие о шахтном поле и его запасах ……………………….....37 4.2 Вскрытие шахтных полей …………………………………….......39 4.2.1 Вскрытие вертикальными стволами ………………….........40 4.2.2 Вскрытие наклонными стволами ………………………......41 4.2.3 Вскрытие штольнями ……………………………….............44 4.2.4 Комбинированные способы вскрытия …....…………..........45 4.3 Подготовка и эксплуатация шахтного поля ……………..............46 4.3.1 Подготовка шахтных полей …………………………….......46 4.3.2 Очистные работы ……………………………………............48 Контрольные вопросы и задания …………………...............52 5. Сооружение горных выработок ………………………………............53

4

5.1 Формы и размеры поперечных сечений горных выработок ........53 5.2 Способы сооружения горных выработок …………………...........54 5.3 Проведение горизонтальных горных выработок в крепких породах ……………………………………………………..............55 5.4 Проведение горизонтальных горных выработок в мягких породах ……………………………………………………..............58 5.5 Проведение горизонтальных горных выработок в разнородных породах …………………………………………………….............58 5.6 Особенности проведения наклонных выработок ..........................59 5.7 Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт.....................60 5.8 Рассечка околоствольных дворов ..................................................65 Контрольные вопросы и задания ...................................................66 6. Системы обеспечения жизнедеятельности и бесперебойной работы угольных шахт …………………………...................................67 6.1 Вентиляция шахты …………………………………......................67 6.2 Шахтный транспорт ……………………………............................69 6.3 Энергоснабжение …………………………………........................71 6.4 Шахтный водоотлив ……………………………………………...72 6.5 Освещение, связь и сигнализация ……………………………….74 6.6 Маркшейдерский контроль ……………………………………....75 6.7 Обогащение угля ………………………………………………….76 6.8 Охрана труда и техника безопасности …………………………..76 Контрольные вопросы и задания ………………………………...78 7. Основные понятия о разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом …………………………………….79 7.1 Основные элементы карьера ……………………………………..79 7.2 Вскрытие и отработка карьерного поля ……………………........81 Контрольные вопросы и задания ………………………………...83 8. Строительство подземных сооружений ……………………………...84 8.1 Общая характеристика подземных сооружений ……………......84 8.2 Способы строительства подземных сооружений ……………....86 Контрольные вопросы и задания ………………………...……...88 9. Основы проектирования строительства горных предприятий …......89 9.1 Требования, предъявляемые к проектной документации …........89 9.2 Порядок проектирования строительства горных предприятий ………………………………………………….........89 Контрольные вопросы и задания .........................................................91 10.Реконструкция, консервация и закрытие шахт .................................92 Контрольные вопросы и задания ........................…...................…......95 Список рекомендованной литературы …………...........……………..96

5

Введение В период научно-технической революции горное дело характеризуется большей автоматизацией производственных процессов и широким применением быстродействующей вычислительной техники для ее управления. Поэтому в настоящее время требуется подготовка специалистов нового типа, органически сочетающих широкий научно-технический кругозор, высокий уровень теоретической подготовки с глубоким профессионализмом. В этом плане специальность «Шахтное и подземное строительство» как составная часть комплекса горных специальностей связана с широким кругом естественных, общетехнических и социально-экономических наук. Она опирается на знания физики, химии, математики, геологии, теплотехники и термодинамики, экономической теории, социологии. Что же представляет собой горный инженер-строитель в эпоху научнотехнической революции? Это специалист, обеспечивающий правильную разработку недр, рациональную организацию и квалифицированное руководство техническим процессом, грамотную эксплуатацию техники, безопасные и комфортные условия труда. Горный инженер-строитель – это технолог широкого профиля. Он выступает в роли дирижера в административнохозяйственном «оркестре» шахты, строительного треста, (объединения), и только он может быть главным организатором и руководителем горностроительного производства. Отраслевые инженеры, в т.ч. горные инженерыстроители подобно общевойсковым командирам намечают стратегию и тактику операций в своем хозяйстве и руководят их осуществлением. Горные инженеры-строители реконструируют и строят шахты, готовят новые горизонты на действующих шахтах, строят метрополитены, подземные торговые и культурные центры, хранилища нефти и газа, военные объекты, межконтинентальные тоннели и многое другое. Кафедра «Строительство шахт и подземных сооружений» Донецкого государственного технического университета за 70 лет своего существования подготовила 3685 горных инженеров-шахтостроителей, которые внесли своим трудом большой вклад в развитие угольной промышленности Украины и других стран. «Основы специальности» - это первая специальная дисциплина, которую начинают изучать будущие горные инженеры-строители. Учебное пособие написано в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Основы специальности». Полагаем, что оно позволит сознательно, на высоком профессиональном уровне приступить к овладению специальностью горного инженера-строителя. Авторы выражают глубокую благодарность профессору К. Ф. Сапицкому за ценные замечания и предложения в процессе подготовки к изданию. Заранее признательны за предложения и замечания по учебному пособию, направленные на его дальнейшее улучшение.

6

1. Общие сведения о горной науке и специальности 1.1 Общая характеристика специальности Специальность «Шахтное и подземное строительство» - это древнейшая и полезнейшая специальность. Лица, получившие ее реконструируют и строят шахты, готовят новые горизонты на действующих шахтах, строят метрополитены, подземные торговые и культурные центры, хранилища нефти и газа, военные объекты, межконтинентальные тоннели и многое другое. Для этого они должны иметь высокоразвитое инженерное мышление, основными компонентами которого являются: профессиональная компонентность, умение пользоваться полученными знаниями, собственная точка зрения, чувство долга и ответственность, а также обладать такими качествами, как мужественность, трудолюбие, принципиальность, обязательность, отзывчивость. Поэтому будущие горные инженеры-строители и магистры должны знать: - основы общетеоретических дисциплин в объеме, необходимом для решения производственных, проектных и исследовательских задач; - общеинженерные, геологические, общестроительные, горнотехнологические и специальные дисциплины, включая основы начертательной геометрии, горноинженерную графику, механику горных пород, геодезию и маркшейдерское дело, сопротивление материалов, основы теории упругости и пластичности, строительную механику, строительные материалы, основы электротехники и др.; - технологию строительного производства, принципы проектирования, технику и технологию строительства шахт и подземных сооружений; - способы проведения и строительства горных выработок, стационарные машины и установки, транспортные машины, строительные конструкции в горном производстве, основы автоматизации производственных процессов; - экономику отрасли и предприятия, основы организации и управления производством и качеством строительства, вопросы охраны труда и окружающей среды, основы правоведения, патентоведения, сметное дело и др. Они должны уметь: - осуществлять оперативное управление строительными и технологическими процессами на участке, выбирать рациональную технологию строительства подземных сооружений и проведения горных выработок, включая составление технологических схем для обычных и сложных гидрогеологических условий, определять объемы производимых работ и осуществлять контроль за качеством их выполнения, проводить исследования по профилю своей работы; организовывать комплекс работ на строительстве и реконструкции шахт и рудников, восстановлении капитальных горных выработок, наземных горнотехнических зданий и сооружений, выбирать материа-

7

лы и определять параметры крепи горных выработок, определять оптимальные параметры технологии проведения горной выработки, осуществлять конструктивные расчеты и проектировать организацию возведения горнотехнических зданий и сооружений на поверхности горного предприятия; - производить анализ геологических и гидрогеологических условий строительства шахты или подземного сооружения, определять состояние породного массива, рассчитывать нагрузку от горного давления на элементы и всей конструкции, разрабатывать проекты производства работ на строительство отдельных объектов; - составлять и внедрять календарные планы строительства, определять нормы выработки, анализировать технико-экономические показатели, проектную и сметную документацию, разрабатывать мероприятия по внедрению новой техники, организовывать устранение неисправностей горностроительных машин и оборудования; - использовать современную вычислительную технику; - самостоятельно принимать решения, разрабатывать и вести техническую документацию, организовывать повышение квалификации рабочих; - осуществлять мероприятия по предотвращению производственного травматизма и профессиональных заболеваний; владеть рациональными приемами поиска и использования научнотехнической информации. 1.2 Из истории горной науки Горная наука изучает процессы, происходящие в недрах Земли при разработке полезных ископаемых, с целью изыскания методов управления ими и создания научных основ совершенствования технологии добычи полезных ископаемых для повышения производительности и безопасности труда. Горная наука тесно связанна с фундаментальными науками и использует их достижения для исследования природных явлений при разработке месторождений и создании новой техники. На основе ученых исследований осуществляется проектирование горных машин, оборудования, приборов, разрабатывается технология добычи полезных ископаемых, их переработки и обогащения. Всему этому предшествовал длинный путь развития горной науки. Основоположником отечественной горной науки является М.В. Ломоносов. Началом его научной деятельности связанно с горным делом. Так, его диссертация «О вольном движении воздуха в рудниках примеченном», представленная в 1745 г. на звание профессора, была посвящена вопросам естественного проветривания рудников и шахт. Своим основным научным трудом «Первые основания металлургии или рудных дел» М.В. Ломоносов заложил основы отечественной науки о добычи полезных ископаемых. Долгие годы горное дело считалось искусством и передавалось из поколения в поколение. Даже после того, как в некоторых странах были созданы горные учебные заведения (Фрайбергская горная академия в Германии, Петербургская в России) горное дело еще много лет оставалось искусством.

8

Однако, уже в XIX веке запросы производства в энергетическом и химическом сырье потребовали дальнейшего усиления развития горного производства. В связи с усложнением горнотехнических условий, дальнейшее развитие горной техники и технологии стало возможным только на широкой научной основе. Все это вызвало необходимость создания горных научных школ, открытия новых научных направлений. Реально, развитие горной науки как таковой началось с изучения физико-механических свойств горных пород и их изменений с увеличением с увеличением глубины горных работ (рост горного давления). Большая заслуга в исследованиях физико-механических свойств горных пород принадлежит проф. М.М.Протодьяконову. Им были разработаны ряд методик определения физико-механических характеристик горных пород, создана шкала крепости горных пород. B XX веке начали развиваться сначала аналитические (проф. В.Д.Слюсарев), а затем и экспериментальные способы изучения горного давления, разрабатываются приборы и аппаратура для измерения горного давления непосредственно в массиве горных пород (струнные датчики, тензометрические и гидравлические датчики и т.п.). В это время создаются научные школы: - в области разработки месторождений открытым способом. под руководством акад. Н.В.Мельникова; - вобласти технологии и механизации производственных процессов, под руководством акад. А.М.Терпигорьева; в области рудничной аэрологии, под руководством акад. А.А.Скочинского; в - области горной механики, под руководством члена-корр. АН А.В.Докукина; в - области механики горных пород и науки о физикомеханических свойствах горных пород (проф. Б.В.Бокий, М.М.Протодьяконов, В.Д.Слюсарев). Существенное влияние на развитие горного дела оказало создание в конце прошлого века врубовых машин, положившее начало механизации горных работ и техническому прогрессу в технологии добычи угля. В 30-е годы уходящего века был создан очистной комбайн, а в 50-е годы – механизированный очистной комплекс. Технология добычи угля не могла развиваться без опережающего развития горно-проходческой технологии и механизации горнопроходческих работ.и работ по жизнеобеспечению горнодобывающих предприятий В этот период создаются новые буровые молотки и установки, буропогрузочные машины, проходческие комбайны, совершенствуются существующие и разрабатываются новые крепи капитальных и подготовительных выработок, разрабатываются мощные подъемные установки, средства подземного транспорта и водоотлива. С увеличением глубины горных работ, протяженности горных выработок, увеличением температуры горных пород возникли проблемы создания

9

комфортных и безопасных условий труда шахтеров. Для решения этих проблем начинает развиваться аэрология, кондиционирование, создаются мощные вентиляторы общего и местного проветривания, холодильные установки (общешахтные и местные, подземные и поверхностные). История учит, что развитие прикладных наук особен1но заметно в те периоды, когда возникают противоречие между потребностью общества и возможностью производства. Красноречивым подтверждением сказанному могут служить отдельные этапы развития горной науки: В связи с увеличением горного давления при отработке глубоких горизонтов, возникла необходимость разработки способов охраны горных выработок (тампонирование закрепного пространства, проведение выработок под защитой ранее отработанного угольного пласта и др.) Для проведения выработок в условиях больших водопритоков были созданы специальные способы проходки горных выработок (замораживание пород, тампонаж пород и закрепного пространства, водопонижение и др.). Особенно большие трудности возникли при проведении горных выработок по выбросоопасным угольным пластам и породам. Для решения этой проблемы в научном плане была создана межведомственная комиссия по борьбе с выбросами угля, породы и газа, которую возглавил академик А.А.Скочинский. В дальнейшем в решении этой проблемы принимали участие многие видные ученые: академики С.А.Христианович, В.В.Ржевский Н.С.Поляков, член.корр. А.В.Докукин, проф. В.И.Николин и др. В настоящее время разработана теория выбросов угля, породы и газа, созданы методы прогноза выбросоопасности и борьбы с выбросами. Внедрение разработанных противовыбросных мероприятий в свою очередь потребовало совершенствования горных работ, модернизации и создания нового добычного и горно-проходческого оборудования (проведение выработок комбайнами с образованием разгрузочных полостей, образование разгрузочных щелей по длине лавы, создание бурильной установки УЩ-1, комбайнов ;-4ПП-2Щ, К-80Щ УГВ-1 и др.). В решении всех этих и других проблем принимали и принимают самое широкое участие ученые и выпускники нашего университета. 1.3 Рекомендации студентам по рациональному использованию времени Учебный процесс в вузе намного отличается от школьного. Студент гораздно меньше опекается преподавателями и родителями. ведет самостоятельный образ жизни, должен усваивать значительно больший объем информации. Таким образом, перед первокурсниками стоит трудная и важная задача преодоления своеобразного психологического барьера между школьником и студентом. В вузе студент должен проявлять максимум самостоятельности при успешном изучении дисциплин. Разумное использование своего рабочего времени и времени вообще – одна из главных черт плодотворной научной работы, а следовательно, и ра-

10

боты студента. О чем говорят примеры из жизни величайших корифеев науки? Прежде всего об огромном трудолюбии, об умении исключительно строго и чётко организовывать свое время, о чрезвычайной насыщенности каждого дня, даже каждого часа. Эта непрестанность требования в работе, это воплощенное в жизнь утверждение огромной ценности времени и составляет одну из основных черт великих людей науки. Говоря о бережном и разумном отношении к своему времени, нельзя не процитировать прекрасные слова великого ученого И.П.Павлова: ”Помните, что наука требует от человека всей его жизни. И если у вас было бы две жизни, то и их бы не хватило вам. Большого напряжения и великой страсти требует наука от человека”. Великие примеры учат нас, что в работе важна ее систематичность и непрерывность, т.е. ежедневность, ежечасность, Именно непрерывность и надо стремиться осуществлять каждому учащемуся. Это значит, что надо работать с первого дня семестра и до его последнего дня. Вялость, инертность в работе в течении семестра и штурмовщина во время сессии, кроме того. могут привести и к потере интереса к науке. Наоборот, систематическая работа, порождая интерес и страстность в отношении к науке, приносит глубокую внутреннюю удовлетворенность. Таким образом, первым признаком правильной, рациональной организации своего рабочег1о времени является непрестанность (непрерывность) пребывания в работе в сочетании с величайшей увлеченностью и страстностью. Чтобы этого добиться, студент при изучении каждой дисциплины обязательно должен, хотя бы бегло повторить предидущую лекцию, иначе последующая будет понята им не целиком, а может быть и совсем не понята, и будет восприниматься формально. Мудро говорится в старинном латинском двустишии: “Капля в выдалбливает не силой, а частотой своего падения; так и человек становится знающим не силой, но непрерывностью своего обучения”. Не следует, одноко, думать, что непрерывность работы означает одновременно её однообразие, монотонность. Наоборот, творчество великих деятелей науки непременно сочетает в себе непрестанность труда с величайшей увлеченностью и страстностью. Деятельность и продуктивная работа нашего интеллекта нуждается в определенной ритмичности. Ни на минуту не отказываясь от постоянства в работе, необходимо в то же время периодически изменять содержание работы. В этом заключается второе важное условие организации своего рабочего времени. Заниматься нужно не исключительно одним каким-либо и почемулибо выбранным предметом, а периодически переносить свое внимание с одной дисциплины на другую. Учащийся должен уметь чередовать свою работу уже и потому, что ему приходится изучать несколько предметов, Следовательно, ”надо двигать фронт своего наступления” равномерно, чтобы потом, за два дня до экзамена, не пришлось делать разрозненных судорожных “порывов”. Естественно, что переключение с одного предмета на другой должно происходить обдуманно и планомерно. Скажем, если в среду вам предстоит прослушать две лекции и провести одно практическое занятие, то

11

вечером во вторник нужно работать имея в виду завтрашнее расписание Подобное распределение работы, если в какой-то мере и неизбежно, не должно единственно определять всего чередования. Смену тематики в пределах одной научной области можно наблюдать в практике почти всех видных деятелей науки. Один из величайших математиков XVIII века Ленард Эйлер написал за 60 лет своей научной деятельности свыше 860 работ (в среднем около 15 работ в году). Работу над большинством крупных проблем этот ученый вел всю свою жизнь, т.е. он не решал их последовательно и до конца одну за другой, но сменяя их поочередно, то оставляя, та снова принимаясь за каждую. Такой характер работы ни в коем случае нельзя назвать разбросанностью, непоследовательностью. Наоборот, этот метод распределения времени глубоко обоснован и психологически вполне оправдан. Хотя в настоящее время имеется более-менее достаточно учебников по всем традиционным для вузов дисциплинам, большую роль в познавательной дея тельности играет конспектирование лекций. При этом студент должен по ходу рассказа схватить главное и лаконично его записать. Лекциям принадлежит ведущая роль в вузовском учебном процессе. Однако, они обеспечивают усвоение знаний только на уровне общей ориентировки, общего ознакомления с материалом. Будующему специалисту требуется более высокий уровень усвоения. Это достигается практическими и лабораторными занятиями, самостоятильной работой, выполнением домашних и курсовых работ, а также дипломного пректа или работы. Практические занятия и лабораторные работы выполняются в аудиториях и лабораториях под контролем преподавателя. Курсовые и дипломные проекты выполняются самостоятельно под руководством преподавателей (руководителей проектов). Для успешного обучения в вузе студентам необходимо выработать в себе дисциплинированность, трудовые навыки, способность правильно распределять свое время: во-время вставать, работать, отдыхать, танцевать, ходить в кино, театры и т.д. Все можно успеть, если следить за собой, если выработать в себе внутреннюю направленность, целеустремленность, напор. Пусть житейские обстоятельства и отклоняют вас иногда от прямого пути, никогда не забывайте его, выходите на него всеми силами. Читайте больше книг по философии и истории науки: отечественной, русской, советской, мировой; учитесь думать, мыслить – дело не только в знаниях. Без этого нельзя творить, а вы должны стать творцами в науке и технике. Контрольные вопросы и задания 1. 2. 3. 4. 5.

Какова роль горного инженера-строителя в хозяйстве страны Что должен знать горный инженер-строитель? Что должен уметь горный инженер-строитель? Перечислите основные вехи в развитии горной науки. Как разумно необходимо использовать рабочее время при обучении?

12

2 Краткие сведения о геологии полезных ископаемых 2.1 Общие сведения Возраст земли составляет более 5 млрд лет. На протяжении этого трудно укладывающегося в сознании человека периода изменялись рельеф, климат, растительность и животный мир планеты. Согласно классификации академика А.Е.Ферсмана, первый период продолжительностью 1 млрд лет получил название “космического времени”. В течении этого времени произошло образование нашей планеты, появилась твердая земная кора. Затем началось “геологическое время” продолжительностью почти 2 млн лет. Именно в это время образовались в земной коре месторождения полезных ископаемых, в том числе и угольные пласты. Вслед за “геологическим временем” в течении почти 800 тысяч лет продолжалось так называемое “доисторическое время”. На каком-то этапе этого периода появляется первобытный человек. Далее следует “историческое время”, начало которого исчисляется с момента, отдаленного от нашего времени на 4000 лет, т. е. с зарождения египетской и вавилонской культур. Каждому периоду истории Земли соответствуют определенные отложения горных пород, поэтому знание возраста этих пород имеет большое значение с точки зрения поисков и изучения полезных ископаемых. Для удобства классификации различных земных слоев геологи разделяют всю историю земли на 4 эры: архейскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. В отложениях архейской эры встречаются месторождения железа, меди, золота, платины, цинка, свинца, никеля. Залежи угля, нефти, солей, меди, апатитов заключены в толще сомой богатой полезными ископаемыми палеозойской эры. Отложения мезозойской эры сравнительно бедны, однако они содержат фосфориты, мел, горючие сланцы, нефть, бурый уголь, огнеупорные глины. В слоях современной кайнозойской эры найдены нефть, бурый уголь, торф, соли, рассыпное золото, платина. Геологические эры в истории Земли подразделяются на периоды. Например, палеозойская эра включает в себя кембрийский, силурийский, девонский, каменоугольный, пермский периоды. Для нас найболее интересен каменоугольный период (карбон) и его отложения. Именно в течение этого периода палеозойской эры на нашей планете происходило образование основных месторождений угля. Этот период начался 325-345 млн лет назад и продолжался в течении 55-75 млн. лет. Природные минеральные образования, слагающие Землю в виде самостоятельных тел, называют горными породами. Они могут состоять как из одного минерала, а так и из их совокупности. Породный массив - это со-

13

вокупность горных пород, образовавшихся в определенный геологический период. Для технологов горного производства наиболее важным качественным показателем, характеризующим горные породы, является их крепость. Этот показатель характеризует способность горной породы подвергаться взрывному и механическому разрушению, а также их способность воспринимать нагрузки, действующие на горную выработку в период её эксплуатации. Наиболее признанной количественной оценкой крепости горных пород является коэффициент крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова. В 1907 году он предложил таблицу классификации горных пород, которой специалисты горного дела пользуются до настоящего времени. При составлении таблицы числовые значения коэффициента крепости горной породы (f) автор устанавливал исходя из следующей зависимости:

f = 0 ,01 ⋅ σ

сж

,

(2.1)

где σ -временное сопротивление пород относительному сжатию, кг/см. По классификации М.М.Протодьяконова коэффициент крепости может иметь значения от 0,3 до 20 и даже большие. Горные породы, которые добывают из недр земли для удовлетворения различных нужд человеческого общества, называют полезными ископаемыми. Горные породы, окружающие полезное ископаемое, а также находящиеся внутри его, которые по условиям разработки извлекаются вместе с ним но не используются, называют пустыми породами. Деление горных пород на полезные ископаемые и пустые породы в известной мере является условным. Так, например, известняк, считаемый пустой породой при добыче угля, является полезным ископаемым, так как в определенных условиях его специально добывают для нужд строительства или доменного производства. Второй пример. Каменная поваренная соль, считаемая пустой породой при добыче калийных удобрений, является, как известно, полезным ископаемым, так как ее специально добывают, например в Артемовском районе, для употребления в пищу. Полезные ископаемые используют в естественном виде или после соответствующей переработки. Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре носит название месторождения полезного ископаемого. В зависимости от практического использования полезные ископаемые разделяют на следующие группы: - металлические (руды); - неметаллические (нерудные), в т.ч. строительные (граниты, известняки, глины, пески и др.); - горючие (каменный уголь, нефть, газ). сж

14

Руда – горная порода, которую при современном развитии техники и технологии целесообразно разрабатывать с целью извлечения из нее одного или нескольких полезных ископаемых (химических элементов). Уголь ископаемый – это осадочная твердая горючая горная порода органического происхождения (основа растительного мира). 2.2 Формы залегания полезных ископаемых По форме залегания месторождения полезных ископаемых разделяют на правильные и неправильные. К первым относят пластовые, пастообразные и жильные. Ко вторым – штоки, гнезда, линзы и штокверки. Уголь, как правило, залегает пластами. Пласт – геологическое тело, имеющее значительную протяженность в земной коре и ограниченное двумя примерно параллельными плоскостями. Породы, в которых залегают угольные пласты, называют вмещающими или боковыми. Обычно это глинистые сланцы, песчанистые сланцы, песчаники, известняки (рис.2.1). Породы, залегающие выше пласта называют его кровлей, а ниже – почвой. При сложном строении пласта отдельные пачки полезного ископаемого разделены тонкими слоями пустой породы, называемые прослойками. При крутом залегании кровлю пласта называют висячим, а почву - лежачим боком.

Рис. 2.1 Расположение пласта среди вмещающих пород при пологом залегании без прослойка (а), с прослойком (б) и при крутом залегании (в) 1 – почва пласта; 2 – пласт угля; 3 – прослоек; 4 – кровля пласта; 5 – висячий бок; 6 – лежачий бок. Несколько согласно залегающих (параллельно друг другу) пластов одного и того же ископаемого, заключенные в определенной толще пород, составляют свиту пластов. Угольные пласты в период своего образования имели горизонтальное положение, но позже, под действием горообразовательных (тектонических) процессов, изменили свое положение в пространстве, образовав склад-

15

ки. Складки с направлением выпуклости вверх называют антиклиналью, а выпуклостью вниз – синклиналью (рис. 2.2а). В период движения земной коры угольные пласты подвергались деформациям, называемых геологическими нарушениями (рис. 2.2б,в). Нарушения делят на пликативные (без разрыва цельности породной толщи – утолщение, выклинивание и размывание пласта) и дизьюктивные (с разрывами породной толщи – сбросы и взбросы).

Рис. 2.2 Геологические нарушения а – складки; б – сброс; в – взброс. Взброс - это нарушения в массиве, когда одна часть массива перемещена вверх относительно другой. Площадь, по которой произошло перемещение массива называется смещением. Чаще всего плоскость смещения и горизонтальная имеют между собой угол в пределах 40…70°. В связи с этим

16

различают висячее и лежачее крылья смещения. При взбросе висячее крыло сдвинулось вверх относительно лежачего крыла. Сброс - это нарушение в массиве, когда висячее крыло сдвинулось вниз относительно лежачего крыла. Величину относительного перемещения части пласта называют амплитудой перемещения. Пластообразная залежь - это форма залегания полезного ископаемого, которая имеет ограниченное распространение по простиранию и падению, а также значительные колебания по мощности. Жилой называется пластообразное геологическое тело, образовавшееся в результате заполнения трещин минеральным веществом. Эта форма характерна для рудных полезных ископаемых. Жильное месторождение может занимать площадь по ширине и длине до 10 км, глубиной от 1 до 2 км. Шток – это скопление полезного ископаемого, главным образом магматического происхождения, в виде больших тел, иногда до нескольких сотен метров, с весьма неправильными очертаниями. Тектонические штоки возникают вследствии выжимания пластического вещества горной породы при их тектонических деформациях (штоки каменной соли). Магматические штоки образуются при внедрении магматического расплава в горные породы (штоки хромитов, гранитов). Размеры штоков по площади и по глубине до нескольких километров. Если размеры штока менее 1 км, то такая форма называется гнездом. Гнезда правильной формы называют линзами. Штокверк – рудное тело, пронизанное густой сетью мелких (до 1 см) жил и прожилков, содержащих рудные минералы. По площади они могут быть - до 20 км, по глубине – до 3 км (руды меди, молибдена, золота, серебра, никеля,и других металлов). Они возникли при отложении металлоносных веществ из гарячих минерализированных растворов, циркулировавших среди трещин горных пород. 2.3 Общая характеристика ископаемого угля Исходным материалом для образования угольных пластов была буйная растительность каменоугольного периода. Для преобразования растительной массы в уголь необходимы определенные условия. Обязательным условием постепенной углефикации растительной массы являются водохранилища, в которые они попадают. В болотах и заливах каменоугольного периода, как и в теперешних болотах, были особые бактерии, которые питаются кислородом растительных тканей. Вследствии жизнедеятельности этих микроорганизмов в растительной массе содержание кислорода уменьшается, а углерода увеличивается. Растительная ткань утрачивает свою форму, утончается и преобразуется в торф. В каменноугольном периоде восток Европы был покрыт морем и двумя большими заливами. Первый залив покрывал территорию Подмосковного угольного бассейна, другой – Донбасса. Московский залив около берегов был разбит многочисленными озерами, которые покрывали территорию, на которой сейчас добывают бурый уголь.

17

На протяжении десятков миллионов лет суша, озера и море сменяли друг друга, вследствии чего в Подмосковье складировались пласты глины и песка, а между ними растительный материал каменноугольного леса. Затем, благодаря движению земной коры, дно Московского залива понизилось и на нем начали отлагаться пласты песчаника, глины, песка. Глубина залегания пластов бурого угля здесь невелика и не превышает 80 м. На территории Донецкого залива угольные пласты образовывались в других условиях. Неглубокий залив многократно заполнялся песком и глиной, которые приносились древними ручьями. Места обмеления залива заболачивались, на болотах вырастал лес. Периодически дно залива опускалось и он становился более глубоким. Опускание земной поверхности в Донбассе имело периодический характер, вследствие чего процесс образования угля повторялся, что способствовало отложению большого количества угольных пластов. Между пластами образовались глинистый и песчанистый сланцы, песчаники и известняки. Вначале угольные пласты лежали горизонтально, но потом вследствие горообразовательных процессов в земной коре они сменили свое положение вплоть до вертикального. Геологи и химики установили, что сорт угля зависит не от общего его возраста, а от условий углеобразования. В тех местах, где опускание поверхности было небольшим и осадков сверху накопилось немного, слои сохранили горизонтальное положение, а песок и ил остались рыхлыми и малоуплотненными. Торф в этом случае превращается в бурый уголь, а не в каменный или антрацит. Именно такие условия характерны для подмосковных угольных пластов. В Донбассе угольные пласты, благодаря горообразовательным процессам, подверглись большому давлению, влиянию высоких температур и глубины. Все это обусловило качественные изменения растительного материала (образовывались каменный уголь и антрацит). Установлено также, что сложные процессы углеобразования нельзя свести только к геологическим явлениям. В биографии угольных пластов большое значение имеет деятельность микроорганизмов. Поэтому каменный уголь имеет большое количество сортов. Таким образом, ископаемые угли произошли в результате накопленя растительных остатков на дне болот. В состав углей входят органическое вещество, примеси и влага. Органическое вещество состоит из углерода (5597%), кислорода (1,5-1,6%), азота (до 1,5%), серы (0,5-4%) и других химических веществ. Горючими веществами угля являются углерод, водород и отчасти сера. При сгорании угля образуются твердые остатки (зола), в состав которой входят глина, кремний (песок) и другие породы.

18

В зависимости от содержания углерода и других составных частей ископаемые угли делят на бурые, каменные и антрациты. Энергетический состав углей определяется их теплотворной способностью – количеством тепла, получаемого при сжигании 1 кг топлива, В свою очередь теплотворная способность углей зависит от содержания в них углерода. Бурые угли содержат 55-75% углерода и много влаги. Теплотворная способность их составляет 20000-30000 кДж/кг. При хранении на открытом воздухе, они быстро выветриваются, теряя теплотворную способность. Их используют как энергетическое топливо и для получения различных химических продуктов. Каменные угли содержат 79-92% углерода, теплотворная способность их равна 30000-38000 кДж/кг. Они более крепче бурых, имеют более чёрный цвет. Антрациты содержат 92-97% углерода, имея теплотворную способность 38000-40000 кДж/кг. Они имеют полуметаллический блеск и раковистый излом. По теплотворной способности антрациты проигрывают только нефти (40000-60000 кДж/кг). Каменные угли подразделяются на 10 технологических марок: длинно пламенные - Д, газовые - Г, газовые жирные – ГЖ, жирные – Ж, коксовые жирные – КЖ, коксовые – К, коксовые вторые - К 2 , отощенно спекающиеся – ОС, слабоспекающиеся – СС, и тощие –Т. Наиболее ценными являются угли марок КЖ, К и К 2 . При их обработке в специальных коксовых печах при температуре 750-1100°С без достаточного доступа воздуха образуется очень ценный продукт-кокс, применяемый для выплавки чугуна в доменных печах. Подвергаются коксованию также угли марок ГЖ, Ж,ОС. Остальные марки каменного угля используются как энергетические, а также для получения различных химических продуктов. Все бурые угли относятся к одной марке (Б), также в одну марку (А) объединились антрациты. Торф – горючее полезное ископаемое растительного происхождения, предшественник генетического ряда углей. Образуется в результате естественного отмирания и неполного распада болотных растений под воздействием биохимических процессов в условиях повышенной влажности и недостатка кислорода. Мощность отложений составляет от 2…5 м до 10…15 м, а в глубоких россыпях доходит до 40…60 м и даже до 100 м. В энергетическом балансе любого современного государства ископаемый уголь занимает одно из первых мест. Его расходуется обычно вдвое больше, чем всех других видов топлива, благодаря его высокой теплотворной способности (вчетверо большей, чем у дерева и в 1,5 раза большей, чем у торфа. В этом плане, как отмечалось ранее, уголь проигрывает только нефти. Но нефть выгодно не сжигать, а получать при её переработке бензин, керосин и смазочные материалы. В настоящее время нас окружают тысячи разнообразных вещей, произведенные промышленностью из угля. Рассмотрим, как получают новые

19

продукты при промышленной переработке угля. Если поместить кусочек угля в плотно закрывающийся сосуд (тигель) и нагреть сосуд “до красна”, то уголь в нем сгорать не будет (нет доступа кислорода). Вещество внутри тигля под действием высокой температуры начнет разлагаться на твердый остаток (кокс), газы и бурые пары. Эти газы используют для отопления и получения различных химических продуктов. Бурые пары в тигле после охлаждения превращаются в смолу – густую черную жидкость. В каменноугольной смоле химики обнаружили несколько сот химических соединений. Поэтому она представляет собой материал, из которого изготавливают множество необходимых для человека вещей. Все разнообразие продуктов, получаемых из угля человеком, можно представить в виде фантастического дерева. Его корни уходят в толщу каменного угля, по ветвям вместо растительных соков “ползут” светильный газ, аммиак, кокс, бензол, различные смолы и масла. На широко раскинувшихся многочисленных ветвях раскачиваются плоды, ни один из которых не похож на другой. Один состоит из минерального воска, другой наполнен искусственным бензином, третий – удобрением, четвертый – карболовой кислотой, пятый – нафталином и т. д. Всего можно насчитать почти сорок плодов, и каждый из них может быть разложен на десятки, а иногда и сотни других. Если представить себе, что в одно мгновенье исчезнут запасы угля, то исчезнут и все изготавливаемые из него продукты. В этом случае на улицах городов Вы увидите людей, одетых в однообразные белые и серые одежды (не будет красок), чернила в ручках будут бесцветными, автомашины не будут иметь никаких покрытий, снизятся урожаи сельскохозяйственных культур, остановятся доменные печи и еще многое и многое потеряет человечество, если лишится такого ценного минерального сырья как каменный уголь. 2.4 Элементы залегания угольных пластов Пространственное положение пласта определяется следующими элементами: направлением простирания и падения, углом падения и мощностью пласта (рис. 2.3). Линия простирания пласта (АВ) - это линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью. Если в плоскости пласта провести линию перпендикулярную линии простирания пласта, то направление по этой линии вниз будет называться направлением падения пласта (СД), а вверх – направлением восстания пласта.

20

Рис. 2.3 Элементы залегания угольного пласта Угол падения пласта - это пространственный угол между плоскость пласта и горизонтальной плоскостью. По углам падения угольные пласты подразделяются на пологие (2-18°), наклонные (19-35°), крутонаклонные (36-55°) и крутые (56-90°). Пласты с углом наклона до 2° называют горизонтальными.

21

Мощность угольного пласта (m) - это расстояние между почвой и кровлей пласта по нормали (толщина пласта). Различают понятия: общая полезная и вынимаемая мощность пласта. Общая мощность это суммарная толщина угольного пласта вместе с прослойками породы. Полезная мощность - это суммарная толщина угольных пачек пласта. Иногда по технологическим причинам пласт вынимают не на всю мощностью В этом случае говорят о вынимаемой мощности пласта. По мощности угольные пласты подразделяются на весьма тонкие (до 0,70 м), тонкие (0,71-1,20 м), средней мощности (1,21-3,50 м) и мощные (более 3,50 м). Весьма тонкие пласты (до 0,40 м), разработка которых является нерентабельной, называют пропластками. Весьма тонкие и тонкие пласты являются типичными для Донбасса. В практике горного дела принято ориентировать линии падения и простирания пласта по сторонам света. Пласт угля считается конкретно определен, если сказать, например, что он залегает под углом 10°, простирается с С-В на Ю-З, имеет мощность 1,3 м и выходит под наносы на глубине 40 м. 2.5 Краткая характеристика Донецкого угольного бассейна Бассейном полезного ископаемого называют замкнутую область непрерывного или почти непрерывного распространения пластовых осадочных полезных ископаемых (нефтегазоносные, угольные, соляные). Важнейшим угольным бассейном Украины является Донбасс. Открытие угольных пластов в Донбассе исторической наукой датируется 1721 годом. Первооткрывателем угля в Донбассе является Гриорий Капустин. Во время экспедиции 1721-22 г.г. им и были обнаружены угольные пласты в районах нынешних городов Лисичанска (Луганская область) и Шахты (Ростовская область). Наряду с именем Капустина следует помнить и имена Никиты Вепрейского, Семена Чиркова, которые организовали добычу угля в районе Бахмута (Артемовск) для нужд солеваренного дела. В промышленных масштабах угольные пласты в Донбассе начали разрабатываться в конце 18-го века. 14 ноября 1795 года Екатериной II был издан царский указ “Об устроении литейного завода в Донецком уезде при реке Лугани и об учреждении ломки найденного в той стране каменного угля” Одновременно со строительством завода началось сооружение первой в Донбассе шахты “Петровская”(глубиной 39 м) на правом берегу Северского Донца в Лисичей балке, давшей имя городу Лисичанску. В 1796 году эта шахта стала выдавать уголь и была основным угледобывающим предприятием в Донбассе вплоть до 60-х годов XIX века, когда началось строительство рудников вдоль прокладываемых тогда железных дорог. К середине XIX века в Донбассе было уже несколько угольных районов: Лисичанский, Щербиновский, Грушевский, Каснодонский. Последние 2 района снабжали флот и различные промыслы высококалорийными антрацитами. В 1840 году добыча угля в Донбассе составила 9,7 тыс. тонн.

22

В 1868 году Джон Юз, директор Мильвольского завода в Лондоне основал Новороссийское товарищество каменноугольного, железного и рельсового производства. Он получил правительственный заказ на ежедневную выплавку 100 т чугуна и разрешение на открытие угольных шахт с добычей до 2000 т угля в сутки. Одновременно строились шахты и другими промышленниками (бельгийскими, английскими и французскими). В 1913 году иностранный капитал контролировал 70% добычи угля в Донбассе. Перед началом первой мировой войны Россия добывала 21,9 млн. тонн угля, 90% его приходилось на долю Донбасса. В настоящее время Донбасс занимает около 60 тыс. км2. В широтном направлении он вытянут на 650 км при максимальной ширине 200км (в меридиальном направлении). Суммарные запасы угля в Донбассе до глубины 1800 м оцениваются в 140,8 млрд. т, из них отвечающих кондициям по мощности пластов и зольности угля – 108,5 млрд. т. Разведанные запасы промышленных категорий угля составляют 57,5 млрд. т и перспективные – 18,3 млрд. т. Пласты углей располагаются в каменноугольных отложениях через 20 – 40 м друг от друга. В недрах Донбасса залегают 320 угольных пластов и пропластков. Из них 120 имеют рабочую мощность от 0,6 до 1,2 м, изредка до 2,0-2,5 м. В Донбассе представлены все марки углей от Д до А, а также переходные от бурых углей к длиннопламенным. Запасы углей промышленных категорий представлены следующим образом: - антрациты - 13,8 млрд. т (24%); - газовые - 27,5 млрд. т (48%); - коксующиеся - 9,8 млрд. т (17%); - тощие - 6,3 млрд. т (11%). Средняя зольность углей в Донбассе составляет 14-17%. Характерной особенностью пластов в Донбассе является складчатость и разрывы(сбросы, взбросы). В настоящее время в Донбассе работает порядка 180 шахт. Глубина разработки составляет от 400 до 1300 м и более. Максимальное количество угля, добываемое в год составило 194 млн. т (1980 год). В настоящее в время – не более 50 млн. т. Кроме угля, Донбасс богат другими полезными ископаемыми: каменной солью (Соледар), цементными мергелями (Амвросиевка), огнеупорными глинами (Часов-Яр), доломитами (Докучаевск, Комсомольск), мелом (район г. Славянска), сурьмяно-ртутными рудами (Никитовка) и многими другими полезными ископаемыми, Добычу полезных ископаемых в Донбассе ведут производственные объединения, холдинговые компании и самостоятельные предприятия. Строительством новых предприятий и подготовкой новых горизонтов на действующих шахтах занимаются специализированные шахтостроительные предприятия. Развитие горных работ на действующих шахтах ведется самими горнодобывающими предприятиями (углестрой, УПР и т.д.).

23

Проектированием горных предприятий занимаются специализированные проектные институты (система ГИПРОШАХТа). Контрольные вопросы и задания 1. Назовите эры и эпохи геологического летоисчисления. 2. Что такое горная порода и горный массив? 3. Коэффициент крепости f=7. Каков предел прочности породы, имеющей коэффициент крепости f=7? 4. Чем отличается полезное ископаемое от пустой породы? 5. Как измеряется мощность пласта? 6. Назовите отличие пласта от жилы. 7. Происхождение угля. 8. Перечислите элементы залегания угольного пласта. 9. Дайте краткую характеристику Донецкого угольного бассейна. 10. Перечислите технологические марки ископаемого угля. 11. Перечислите виды геологических нарушений угольных пластов.

24

3 Современное горнодобывающее предприятие 3.1 Основные понятия Деятельность человека по извлечению полезных ископаемых и по их первичной переработке называют горным делом. Добыча – термин в горном деле, имеющий 2 значения: - производственная мощность предприятия, т.е. количество полезного ископаемого (в т), извлекаемого из недр в определенный промежуток времени (сутки, год); - извлечение (выемка) полезного ископаемого из недр земли в результате их разработки. В настоящее время применяют 4 способа выемки полезного ископаемого: ручной, буровзрывной и гидравлический. Добыча (извлечение) полезного ископаемого связана с ведением горных работ. Горные работы - это выемка полезного ископаемого, проведение и поддержание горных выработок. Горные работы бывают подземные и открытые. Промышленные предприятия, предназначенные для разработки или разведки месторождений полезных ископаемых, называют горным предприятием. Горные предприятия, предназначенные для разработки полезных ископаемых называют горнодобывающим предприятием. Полезные ископаемые добывают в шахтах, рудниках и карьерах. Шахта (нем. Schacht) - это горное предприятие по добыче полезного ископаемого и отгрузке его потребителям. Она включает в себя наземные сооружения и подземные горные выработки. При подземной разработке рудного месторождения горное предприятие называется рудником. Карьер - это горное предприятие по добыче полезного ископаемого открытым способом или совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом. При добыче угля открытым способом карьер называют разрезом. 3.1.1 Горнотехнические понятия Подземный комплекс подразделяется на отдельные службы (участки): - добычной участок – это участок, который обеспечивает добычные работы, т.е. комплекс процессов, необходимых для извлечения угля из недр на поверхность (их на шахте несколько); - ВШТ – участок внутришахтного транспорта и УКТ – участок конвейерного транспорта – это транспортные службы шахты,

25

-

-

предназначенные для перемещения по подземным горным выработкам и на поверхности (в пределах территории шахты) полезного ископаемого, породы и различного рода грузов (крепежных и взрывчатых материалов, оборудования и др.), а также для перевозки людей; УКР (ОКР) – участок (отдел) капитальных работ, который ведет строительство горных выработок, в том числе и долговечных; УПР – участок подготовительных работ – развивает выработки, проводимые в процессе подготовки шахтного поля к очистной выемке; РВУ – ремонтно-восстановительный участок или РГВ – участок ремонта горных выработок; ВТБ – участок вентиляции и безопасности – контролирует состояние шахтной атмосферы в соответствии с требованиями правил безопасности (ПБ) и соблюдение других требований ПБ, а также участвует в разработке паспортов БВР в части определения времени на проветривание забоя после производства взрывных работ, согласовывает проекты (паспорта) и режимы проведения взрывных работ; БВР (ВР) – участок буровзрывных (взрывных) работ обеспечивает безопасное производство взрывных работ, участвует в составлении режимов ведения взрывных работ, осуществляет внедрение мероприятий по совершенствованию взрывного дела, проводит анализ травматизма.

3.1.2 Общие сведения о зданиях и сооружениях Сооружением называют все то, что возведено человеком для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Здания это сооружения, характеризующиеся наличием помещений, необходимых для деятельности человека. Сооружения, в которых такие помещения отсутствуют, называют инженерными сооружениями или просто сооружениями. По геометрическому признаку различают объемные сооружения (здания и т.п.), площадочные сооружения (водоотстойник, склад лесных материалов, спортплощадки и т.п.) и линейные сооружения (эстакады, дороги, трубопроводы и т. п.). В зависимости от назначения здания бывают жилыми, общественными и производственными. Жилое здание - это квартирные дома, предназначенные для постоянного проживания людей, а также общежития, гостиницы, в которых проживают временно. Общественные здания и сооружения предназначены для социального обслуживания населения и для различных административных учреждений и общественных организаций. Производственные здания предназначены для размещения промышленных и сельскохозяйственных производств.

26

Здания бывают одноэтажными и многоэтажными. Этаж - это часть здания, ограниченная по высоте перекрытием. Этажи бывают подвальные, технические, цокольные, подземные и мансардные. Подвальный этаж (подвал) находится ниже планировочной отметки земли (тротуара, отмостки) более чем на половину расположенных в нем помещений. Технический этаж располагают под зданием, над верхним этажом здания, в одном среднем этаже и используют для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций. Цокольный этаж - это этаж с отметкой пола ниже планируемой отметки земли, но не более чем на половину высоты, расположенных в нем помещений. Надземный этаж - это этаж с отметкой пола не ниже отметки земли. Мансардный этаж (мансарда) располагается внутри свободного чердачного пространства с утеплением ограждающих конструкций чердака и предназначен для различных помещений. При определении числа этажей учитывают только надземные этажи. По роду материалов, из которых построено здание, их делят на каменные, бетонные, деревянные и смешанные. Каждое здание (сооружение) состоит из взаимосвязанных элементов конструкций, выполняющих определенные функции. Основными строительными (несущими) конструкциями являются фундаменты, колонны, стены, перекрытия. Они воспринимают нагрузки и обеспечивают прочность и устойчивость здания. Фундаменты являются подземной конструкцией, предназначенной для передачи и распределения нагрузки от здания на основание – грунт. На фундамент опираются стены, колонны и т.п. Стены бывают несущими, самонесущими и навесными; внутренними и наружными. Перекрытия представляют собой горизонтальные конструкции, разделяющие здание на этажи. Здание завершается покрытием (чердачным помещением и крышей), которое защищает здание от атмосферных воздействий сверху. В зависимости от вида несущего остова различают следующие конструктивные схемы зданий: полнокаркасные, бескаркасные и неполнокаркасные. В зависимости от материала, из которого изготовлен каркас, различают железобетонные и металлические каркасы, иногда колонны каркаса делают из кирпича. Для производственных зданий, как правило, применяют железобетонные каркасы из унифицированных элементов: фундаментов, колонн, фундаментальных и подкрановых балок и несущих конструкций крыш. Для сооружения крыш применяют строительные фермы. К ограждающим конструкциям относятся стены, перегородки, перекрытия и полы, дверные и оконные заполнения, фонари т.е. все элементы. Они предназначены для защиты здания от внешних воздействий или изоляции одного помещения от другого. Для ограждающих конструкций в производственных каркасных зданиях применяют кирпич, стеновые блоки и панели, листовые материалы. В производственных зданиях применяют следующие виды полов: земляные, глинобитные, щебеночные, асфальтобетонные, бетонные, цементно-песчаные, мозаичные, шлаковые, ксилитные, мастичные с применением

27

полирвинилацетатной эмульсии. Кроме того, устраивают полы из штучных материалов: каменные из булыжного камня; из брусчатки, кирпича и плиток (бетонных, керамических, шлакоситаловых, эбонитовых, металлических и т.п.). 3.2 Технологическая схема горнодобывающего предприятия Технологическая схема горнодобывающего предприятия - это совокупность основных и вспомогательных горных процессов в сочетании с необходимыми для их выполнения горными выработками, поверхностными сооружениями, средствами автоматизации и механизации, обеспечивающих безопасную и эффективную разработку месторождений. К основным процессам, создающим поток полезного ископаемого, относят его выемку, транспортирование, подъем и отгрузку потребителям. К вспомогательным процессам относят сооружение горных выработок, вентиляцию, энергоснабжение, вспомогательный транспорт, водоотлив, связь, освещение и т.д. В этой схеме выделяют поверхностный и подземный технологические комплексы шахты. Они функционально связаны между собой и включают в себя определенные из перечисленных выше технологических звеньев схемы. 3.2.1 Поверхностный технологический комплекс шахты Поверхностный технологический комплекс шахты - это совокупность технологических линий и узлов, размещенных в зданиях и сооружениях на поверхности шахты, обеспечивающих работу ее подземного хозяйства, а также складирование, переработку и отправку потребителям полезных ископаемых. Поверхностный комплекс занимает территорию на земной поверхности, которую принято называть промышленной площадкой. Он выполняет следующие функции: проветривание шахты, подача в шахту электроэнергии (пневмоэнергии, гидроэнергии), подача в шахту тепла, спуск в шахту оборудования и материалов, спуск и подъем людей, приемка добытого полезного ископаемого, сортировка и обогащение полезного ископаемого, временное хранение и отправка потребителю добытого полезного ископаемого, отвалообразование пустых пород, подготовка закладочных материалов, подготовка технической воды(гидрошахты), ремонт горных машин и инструмента, складирование материалов и оборудования, обслуживание работников шахты (баня, ламповая, табельная и т.п.), обеспечение работы административноуправленческих и инженерно-технических служб и т.д.. На современной шахте поверхностные здания и сооружения, как правило, сгруппированы в три блока: блок главного ствола, блок вспомогательного ствола и административно-бытовой комбинат. Кроме того, на поверхности шахты располагаются здания и сооружения, не входящие в указанные блоки. Блок главного ствола включает в себя: надшахтный копер, надшахтное здание с секциями угольного и породного комплекса, здания скиповых

28

подъемных машин, электроподстанцию, здание компрессорной установки, здание котельной. Блок вспомогательного ствола включает в себя: надшахтный копер, надшахтное здание (секция обмена вагонеток), здание клетьевой подъемной машины, здание электромеханической мастерской, материальный склад и др. Административно-бытовой комбинат (АБК) - это самостоятельное здание, соединенное с блоком вспомогательного ствола подземным тоннелем или утепленной поверхностной галереей. АБК относится к вспомогательным зданиям и в большинстве случаев сосредотачивает в себе ряд производственных служб, предназначенных для обслуживания трудящихся шахты. В АБК размещают гардеробные, душевые, ламповые. медпункт. служебные кабинеты и другие помещения. Рассмотрим характерные особенности и назначение основных объектов шахтной поверхности. Надшахтный копер сооружается над устьем каждого ствола. Он представляет собой металлическую или железобетонную конструкцию, предназначенную для установки шкивов подъемной установки, проводников для направления движения подъемных сосудов и устройств для разгрузки угля (породы). Высота копров обычно составляет 15-40 м, иногда и более в зависимости от высоты приемной площадки, вида подъема и способа разгрузки подъемных сосудов. Надшахтное здание расположено над стволом шахты и непосредственно примыкает к копру, являющегося его составной частью. Здание служит для приемки и распределения грузов из шахты, погрузки материалов, направляемых в шахту, для размещения путей, опрокидывателей, калориферной установки и прочего оборудования. На шахтах, где производится обогащение и сортировка угля, к надшахтному зданию примыкает здание обогатительной фабрики или сортировки. Здания подъемных машин сооружают рядом со стволом, иногда их объединяют с надшахтным зданием или располагают на копре, Они служат для размещения подъемных машин, осуществляющих подъем и спуск людей, угля, породы и материалов с помощью подъемных канатов и сосудов (скипы, клети, бадьи). Котельная предназначена для отопления зданий и сооружений и для обогрева в зимнее время стволов шахты калориферной установкой. Здание электроподстанции является важнейшим энергетическим объектом шахты. Электроподстанция предназначена для распределения электроэнергии и понижения напряжения с 3000-6000 В до 660, 380 и 220 В. Здание компрессорной станции предназначено для размещения компрессорных установок, питающих по воздухопроводу сжатым воздухом подземные машины и механизмы. Электро-механическая мастерская служит для мелкого, текущего и среднего ремонта шахтных машин, механизмов и электрооборудования. Здание шахтного вентилятора служит для размещения вентиляторных установок, обеспечивающих проветривание горных выработок, Венти-

Рис. 3.1 Генеральный план поверхности современной шахты 1 – блок главного и вспомогательного стволов; 2 – обогатительная установка; 3 – котельная; 4 – АБК; 5 – склад крепежных материалов; 6 – элек-троподстанция; 7 – вентиляторная установка; 8 – угольный склад; 9 – углепогрузоный пункт; 10 – породопогрузочный пункт

29

ляторная установка соединена со стволом подводящими подземными каналами.

30

Здание холодильной установки предназначено для размещения стационарной поверхностной холодильной установки, служащей для охлаждения воздуха, подаваемого в шахту. Здание дегазационной установки предназначено для размещения вакуум-насосной станции, с помощью которой производится отсасывание по специальным трубам из угольных пластов и боковых пород метана с целью снижения газообильности шахт, участков, отдельных горных выработок. Обогатительная фабрика оснащается необходимым оборудованием, машинами, механизмами, предназначенными для обогащения (улучшения качества) угля и распределения его по крупности. Погрузочные бункера представляют собой емкости определенных размеров, служащие для кратковременного хранения угля и породы. Они соединены с блоком главного ствола конвейерной галереей. Угольные (аварийные) склады служат для временного хранения угля при возможной задержке с подачей под погрузку железнодорожных вагонов. Лесной склад и деревообрабатывающие цехи служат для хранения и обработки древесины, а также для заготовки крепежного леса. Породные отвалы предназначены для складирования породы, выдаваемой из шахты. Упрощенная схема шахтной поверхности на примере генплана шахты “Комсомолец Донбасса” приведена на рис. 3.1. Шахтная поверхность строящейся шахты существенно отличается от эксплуатируемой. В период проходки ствола и примыкающих к нему выработок шахтостроители стремятся к тому, чтобы в ряде случаев применять передвижные здания и сооружения. Это делается для достижения минимальных затрат времени на их сооружение и демонтаж. К таким объектам относятся: здания подъемных машин и лебедок (в виде вагончиков), компрессорная станция, бытовки рабочих и др. 3.2.2 Подземный комплекс шахты (ПКШ) Он представляет собой очень сложную систему вертикальных, горизонтальных и наклонных горных выработок, служащую для добычи полезного ископаемого и доставки его на поверхность. Горная выработка – это полость, образованная в недрах земли или на ее поверхности в результате ведения горных работ. Горные выработки, сооруженные в недрах земли, независимо от наличия непосредственного выхода на поверхность называют подземными. Выработки, расположенные на поверхности земли, имеющие незамкнутый контур поперечного сечения, называют открытыми. В зависимости от назначения различают горные выработки разведывательные, используемые для поисков и разведки МПИ, и эксплуатационные – для целей разработки месторождений, т.е. выемки полезных ископаемых из недр.

31

Эксплуатационные горные выработки в зависимости от назначения делятся на вскрывающие, подготовительные и очистные. Вскрывающие выработки служат для вскрытия шахтного поля. Подготовительные выработки сооружаются в процессе подготовки шахтного поля к разработке. Очистные это выработки, в которых ведется добыча полезных ископаемых. Они непрерывно перемещаются в пространстве, а их форма и размеры зависят от мощности и угла падения разрабатываемого пласта (рудного тела) и технологии добычи. В зависимости от соотношения между площадью поперечного сечения выработки и ее длиной, выработки разделяют на протяженные и объемные. Протяженные горные выработки в зависимости от их положения в пространстве в свою очередь делят на вертикальные, горизонтальные и наклонные. К вертикальным выработкам относят стволы, слепые стволы, гезенки, шурфы и скважины. Ствол – это вертикальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных горных работ. По шахтным стволам поднимают полезные ископаемые, спускают материалы, оборудование, людей и движется воздушная струя. В зависимости от основного назначения шахтные стволы делят на главные и вспомогательные. Главный ствол служит для подъема на поверхность полезных ископаемых. Вспомогательные стволы в соответствии с их функциями подразделяются на грузолюдские (для спуска и подъема людей, материалов, оборудования), вентиляционные и воздухоподающие (для проветривания) и т.п. Ствол шахтный слепой - это вертикальная подземная выработка, которая не имеет непосредственного выхода на земную поверхность, служащая в первую очередь для подъема полезных ископаемых с нижних горизонтов на верхние. Используют его также для вентиляции, спуска и подъема людей, материалов, оборудования и для водоотлива. Гезенк - это вертикальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхних горизонтов на нижние под действием собственного веса или в специальных сосудах механическим способом. Гезенк используют также для вспомогательных целей: спуска и подъема людей, материалов, оборудования и для вентиляции. Шурф - это вертикальная горная выработка небольшой глубины, сооруженная с поверхности, предназначенная для вспомогательных целей. Шурфы бывают также разведочные. Скважина – это горная выработка цилиндрической формы глубиной более 5 м и диаметром более 75 мм. По своему назначению скважины могут быть: разведывательные, которые используются для поисков месторождений, изучения их качества, условий залегания и величины запасов; эксплуатационные, предназначенные для добычи жидких и газообразных полезных иско-

32

паемых; вспомогательные (вентиляционные, тампонажные, замораживающие, дегазационные, водоотливные взрывные и т.п.). К горизонтальным горным выработкам относятся штольня, тоннель, квершлаг, штрек, косовичник, просек, орт. Эти выработки являются или горизонтальные или с небольшим уклоном (не более 3°). Штольня – это горизонтальная горная выработка, сооруженная с поверхности земли до полезного ископаемого. Она имеет с одной стороны непосредственный выход на поверхность и служит для всех работ и процессов. В зависимости от своих функций штольня может быть разведывательной, вентиляционной, откаточной и водоотливной. Тоннель – это горизонтальная (реже наклонная) горная выработка, имеющая с обоих сторон выход на поверхность и служащая для транспортных и других целей в гористой местности. Квершлаг – это горизонтальная (реже наклонная) горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная вкрест простирания пласта, использующаяся для транспорта, вентиляции передвижения людей и других работ. Штрек – это горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная по простиранию пласта или боковых пород. В первом случае штрек называют пластовым, а во втором полевым. По назначению штреки могут быть транспортными, вентиляционными, бутовыми, главными, коренными и т.п. Транспортный откаточный штрек служит для транспортировки грузов, а также для движения свежей струи воздуха. Вентиляционный штрек используется, главным образом, для движения исходящей струи воздуха и вспомогательных процессов. Коренной штрек сооружается на уровне главного горизонта (где заканчиваются стволы). Главный штрек – это выработка, по которой движется основной поток грузов всей шахты. Бутовый штрек – это выработка для получения закладочного материала (бута). Бутовый штрек проходится в выработанном пространстве. Просек – горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная в пределах мощности пласта параллельно штреку (по простиранию). Служит для целей проветривания штрека при его проведении. Косовичник – это подземная горная выработка, сооружаемая параллельно штреку, который охраняется бутовой полосой. Орт – это горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная в крест простирания мощного пласта между его почвой и кровлей (при крутом и наклонном падении пласта). К наклонным выработкам относятся наклонные стволы, ходки, бремсберги, уклоны, скаты, печи, сбойки. Наклонный ствол имеет то же назначение, что и вертикальный ствол. Различие только в его положении в пространстве.

33

Бремсберг – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная по восстанию пласта и служащая для транспортирования угля с верхних горизонтов на нижние (сверху вниз). Вспомогательный бремсберг сооружается параллельно основному и служит для транспортировки породы, материалов, оборудования и для воздушной струи. Уклон – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, сооруженная по падению пласта и служащая для подъема полезного ископаемого снизу до откаточного горизонта (снизу вверх). Вспомогательный уклон сооружается параллельно основному и служит для вспомогательных процессов и проветривания. Ходок – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность. Он размещается параллельно бремсбергу или уклону и служит для вспомогательных процессов и механизированной доставки людей (людские ходки). Скат – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и служащая для спуска угля под собственным весом. Печь – это подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная только в пределах мощности угольного пласта (соединяет просек со штреком) и служащая для вентиляции, транспортирования угля и т.д. Печь, которая предназначена для монтажа в ней угледобывающего оборудования, а затем и для начала угледобычи, называют разрезной. Сбойка – это наклонная (реже горизонтальная) горная выработка, сооруженная для целей вентиляции и сообщения между двумя-тремя параллельными выработками. Лава – это очистная наклонная или горизонтальная горная выработка, в которой добывают уголь. Очистной забой – это подвижная стенка разрезной печи. Схема горных выработок условной шахты приведена на рис. 3.2.

34

Рис. 3.2 Схема горных выработок условной шахты 1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – вентиляционный ствол; 4 – околоствольный двор основного горизонта; 5 – околоствольный двор вентиляционного горизонта; 6 – откаточные квершлаги; 7 – вентиляционные квершлаги; 8 – бремсберг; 9 – уклон; 10 – вентиляционный ходок; 11 – вспомогательный бремсберг (уклон) ; 12 – откаточные штреки; 13 – вентиляционные штреки; 14 – разрезная печь; 15 – очистные забои (лавы) На рис 3.2 очень условно изображен околоствольный двор, примыкающий к главному и вспомогательному стволу.

Рис. 3.3 Схема околоствольного двора шахты 1 – скиповой (главный) ствол; 2 – клетьевой (вспомогательный ствол; 3 – камера угольного опрокида; 4 – камера породного опрокида; 5 – камера ожидания; 6 – камера медпункта; 7 – Центральная электроподстанция; 8 – камера главного водоотлива; 9 – водотрубный ходок; 10 – водосборник; 11 – освтляющие резервуары; 12 – камера обезвоживающей установки; 13 – депо противопожарного поезда; 14 – гараж-зарядная; 15 – Ремонтная мастерская; 16 – выпрямительная подстанция; 17- склад ВМ; 18 – стоянка пассажирского поезда; 19 – санузел.

35

36

Околоствольный двор представляет собой сложный петлевой комплекс горных выработок, которые подразделяются на транспортные выработки, служебные камеры и прочие выработки и связывают между собой оба шахтных ствола. В околоствольном дворе выполняются работы по приему и подъему полезного ископаемого и породы на поверхность, приему материалов и оборудования при транспортировке их в шахту с поверхности. В околоствольном дворе размещают камеры различного технологического назначения, связанные с водоотливом, энергоснабжением и т.д. Камерами называют подземные горные выработки, имеющие значительные размеры поперечного сечения при сравнительно небольшой длине и предназначенные для установки в них машин, электрооборудования и для других целей. Схема околоствольного двора условной шахты приведена на рис. 3.3. Контрольные вопросы и задания 1. Укажите отличия шахты от карьера. 2. Что такое горная выработка? 3. Чем отличаются между собой вертикальные и наклонные выработки? 4. Укажите различие между шурфом и гезенком. 5. Что такое околоствольный двор? 6. Что такое шахтные стволы и какие они бывают? 7. Чем отличается скат от уклона? 8. Чем лава отличается от камеры? 9. Что такое штрек? 10. Что такое квершлаг? 11. Что такое бремсберг? 12. Что такое добыча в горном деле? 13. Перечислите основные камеры околоствольного двора. 14. Изобразите схему горных выработок шахты. 15. Что такое шахтный копер? 16. Что такое поверхностное сооружение? 17. Какие вы знаете здания и сооружения шахтной поверхности? 18. Как группируются здания и сооружения шахтной поверхности? 19. Что такое здание? 20. Какие бывают здания? 21. Назовите основные несущие конструкции зданий? 22. Что такое ограждающие конструкции зданий? 23. Что такое фундамент зданий? 24. Какие виды стен Вы знаете? 25. Что такое перекрытие здания? 26. Что такое покрытие здания?

37

4 Основные положения технологии подземной разработки угольных месторождений 4.1 Понятие о шахтном поле Шахтное поле – это часть месторождения, отведенная для разработки одной шахтой. Графически шахтное изображено на рис.4.1.

Рис. 4.1 Изображение шахтного поля на горных чертежах

38

Каждое шахтное поле имеет свои границы, которые определяют его размеры и являются линиями, отделяющими шахтное поле от остальной части месторождения. Верхняя граница АВ называется границей по восстанию, а нижняя СД – границей по падению или нижней технической границей. Линии АД и ВД являются границами по простиранию или боковыми. На рис. 4.1 изображено шахтное поле правильной формы, размещенное на одном пласте, не имеющем геологических нарушений. Такие пласты в природе практически не встречаются. Пласт обычно имеет волнистую поверхность, часто поделенную на отдельные участки тектоническими нарушениями. Поэтому реальные шахтные поля имеют разнообразные конфигурации. И все же в процессе проектирования шахт стремятся форму шахтного поля приблизить к прямоугольной. Шахтное поле характеризуется размерами по простиранию и по падению. Наиболее типичные размеры такие: для пологих пластов от 3 до 10 км по простиранию и от 1.5 до 4.5 км по падению; для крутых (более 45°) пластов – 2,5 – 7,0 км по простиранию и 0,8 – 1,5 км по падению. Характер залегания угольного пласта достаточно полно отображается на схемах изогипсами, т.е. линиями, полученными при пересечении пласта горизонтальными плоскостями. Для изображения формы залегания пласта изогипсы его почвы или кровли проектируют на горизонтальную плоскость при падении от 0 до 60° и на вертикальную плоскость при большем угле падения пласта. Количество угля, содержащееся в недрах участка земли отведенного под шахтное поле, называют его запасами. Запасы, размещенные в границах шахтного поля, по ряду причин не все подлежат выемке. И даже те, что подлежат выемке, не все могут быть выбранными. Часть полезных ископаемых навсегда остаются в недрах земли. Исходя из сказанного запасы, запасы полезных ископаемых разделяются на геологические, балансовые, забалансовые и промышленные. Геологические запасы – это все запасы месторождения (шахтного поля), размещенные в недрах земли. Балансовые запасы – это запасы, которые экономически целесообразно разрабатывать и которые удовлетворяют кондиции, установленным для подсчета запасов в недрах Они меньше геологических на величину забалансовых запасов. Забалансовые запасы – это запасы, использование которых в настоящее время экономически нецелесообразно вследствие их небольшого количества, некондиционной мощности пластов, низкого содержания ценных компонентов, очень сложных условий эксплуатации, большой зольности полезного ископаемого и т.п. Такие запасы в будущем, с развитием горнодобывающей и обогатительной техники и технологии могут стать объектом промышленного использования, т.е. – балансовыми запасами. Промышленные запасы – это часть балансовых запасов, которая должна быть добыта из недр по проекту. Для расчета промышленных запасов необходимо из балансовых запасов исключить потери, которые складываются из общешахтных и эксплуатационных. К общешахтным потерям относят

39

запасы в целиках, т.е. на участках, где разработка запрещена (под объектами на поверхности земли, в целиках около охраняемых выработок.). К эксплуатационным потерям относят потери в забоях, где ведутся работы по добыче полезного ископаемого. Величина промышленных запасов шахтного поля определяет проектную мощность шахты и срок ее службы, т.е.

T=

Zn , A

где T - срок службы шахты, лет; Zn – промышленные запасы шахтного поля, т; A - проектная мощность шахты, т/год. Полный (фактический) срок службы шахты будет большим величины Т на 3-5 лет. Это дополнение необходимо для учета периодов развития и затухания проектной мощности шахты. Современные шахты проектируются и строят, как правило, на проектную мощность 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6 млн. т в год. Срок службы таких шахт проектируется на 50-60 лет. Чем больше проектная мощность шахты, тем большими запасами она должна обладать, вследствие чего размеры шахтного поля должны быть большими. Фактические сроки службы действующих шахт от.50 до 100 лет и более. 4.2 Вскрытие шахтных полей Различают три этапа разработки шахтного поля: вскрытие, подготовка и эксплуатация. Под вскрытием шахтного поля понимают проведение капитальных горных выработок, которые открывают доступ с поверхности до месторождения или его части и обеспечивают возможность подготовки пластов к разработке. Подготовка – это проведение подготовительных выработок, разделяющих шахтное поле на части, удобные для выемки угля: этажи, ярусы, панели, выемочные поля, полосы. Эксплуатация – это проведение работ, связанных непосредственно с выемкой угля в пределах шахтного поля, транспортирование его по горным выработкам и отгрузка потребителям. На строящихся шахтах все эти этапы имеют обозначенную последовательность, а на действующих они могут совмещаться во времени. Например, в период эксплуатации одного из горизонтов готовится вскрытие и подготовка другого; в период разработки бремсберговой части шахтного поля ведется подготовка уклонной части. Различают три способа вскрытия шахтного поля: вертикальными стволами, наклонными стволами и штольнями. Учитывая то, что главных

40

вскрывающих выработок должно быть не менее двух, возможны комбинации способов. Вскрытие вертикальными стволами включает проведение вертикальных главных вскрывающих выработок и различных дополнительных выработок в зависимости от количества и мощности пластов, угла их наклона, мощности наносов, глубины разработки, производственной мощности шахты и т.д. Использование наклонных стволов дает возможность получить экономические выгоды по сравнению с вертикальными стволами в определенных горно-геологических условиях. При сложном рельефе поверхности в гористой местности наиболее рациональным способом вскрытия месторождения является вскрытие штольнями. Комбинированные способы вскрытия дают возможность использовать как вертикальные, так и наклонные вскрывающие выработки. 4.2.1 Вскрытие вертикальными стволами Для вскрытия по этой схеме с поверхности до основного горизонта сооружается два (или больше) вертикальных ствола – главный и вспомогательный. На горизонте они соединяются сбойкой и вокруг них сооружается околоствольный двор, с которого проводятся дополнительно вскрывающие выработки. Различают одно- и многогоризонтные схемы вскрытия. Рассмотрим некоторые из них. На рис. 4.2 приведена схема вскрытия центральными вертикальными стволами и капитальным квершлагом – одногоризонтная схема.

Рис. 4.2 Схема вскрытия центрально-сдвоенными стволами и капитальными квершлагами 1 – вертикальные стволы; 2 – капитальный квершлаг Эта схема вскрытия широко используется при размерах шахтного поля по падению не более 2,0-2,5 км, с примерно одинаковыми размерами бремсбергового и уклонного полей, при углах падения пластов более 8-10°.

41

При больших размерах шахтного поля по падению для того, чтобы исключить большую длину бремсбергов и уклонов (более1000 м), используют многогоризонтную схему вскрытия шахтных полей с углубкой вертикальных стволов и проведением погоризонтных квершлагов (рис 4.3)

Рис. 4.3 Схема вскрытия вертикальными стволами с погоризонтными квершлагами и с фланговым вентиляционным стволом 1 – вертикальные центральносдвоенные стволы; 2 – фланговый вентиляционный ствол; 3 – погоризонтные квершлаги В этом случае при переходе горных работ на новый горизонт шахта как бы обновляется, появляется возможность оборудования новых горизонтов более современной техникой. Хотя необходимо учитывать, что работы по углублению действующих стволов затрудняют выполнение ими функций по обслуживанию действующего горизонта. Крутопадающие пласты вскрываются вертикальными стволами и этажными квершлагами. Этот способ вскрытия предполагает расположение околоствольного двора на каждом горизонте ( рис. 4.4). 4.2.2 Вскрытие наклонными стволами При небольшой мощности наносов (до 30-40 м) и спокойном залегании пластов с углами падения до 18° шахтное поле вскрывают наклонными стволами (рис. 4.5). При такой схеме вскрытия с поверхности до уровня откаточных штреков первого этажа проводят три наклонных ствола, один из которых главный, а два остальных – вспомогательные. Стволы закладываются в центре шахтного поля (по простиранию).

42

Рис.4.4 Схема вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами при разработке крутопадающих пластов 1 – вертикальные стволы; 2 – этажные квершлаги; 3 – этажные штреки

43

Рис. 4.5 Схема вскрытия наклонными стволами 1 – наклонные стволы

Главный ствол служит для подъема угля и выдачи исходящей из шахты струи воздуха. Он оборудуется ленточным конвейером. Вспомогательные стволы служат для выдачи породы из шахты, спуска материалов и оборудования, для спуска и подъема людей. Наклонные стволы могут быть проведены как по пласту угля, так и по вмещающим породам.

44

На каждом этаже оборудуются приемно-отправительные площадки, проходят откаточный и вентиляционные штреки, готовят очистные выработки. Этот способ вскрытия отличается простотой и дает возможность быстрее вводить шахту в эксплуатацию. Однако со временем возрастает длина стволов, становится дорогим их поддержание в рабочем состоянии. 4.2.3 Вскрытие штольнями Схема используется в районах с гористым уклоном. В этом случае существенное влияние на способ вскрытия оказывает угол падения пластов. Возможные схемы вскрытия штольнями приведены на рис. 4.6 и 4.7.

Рис. 4.6 Схема вскрытия пологого пласта штольней 1 и 11 – штольни

45

Рис. 4.7 Схема вскрытия пластов штольнями, слепым стволом и этажными квершлагами 1 – штольня; 2 – гезенк; 3 – слепой ствол; 4 – этажные квершлаги 4.2.4 Комбинированные способы вскрытия При этих способах главными вскрывающими выработками являются вертикальные и наклонные стволы или штольни. Наиболее распространенный комбинированный способ вскрытия приведен на рис. 4.8.

46

Рис. 4.8 Схема вскрытия вертикальным и наклонным стволами и этажными квершлагами 1 – вертикальный ствол; 2 – наклонный ствол; 3 – этажные квершлаги В этом случае наклонный ствол проводится по нижнему пласту и оборудуется ленточным конвейером для выдачи полезного ископаемого на поверхность. Вертикальные стволы служат для спуска-подъема людей, материалов и оборудования, подачи воздуха в шахту. 4.3 Подготовка и эксплуатация шахтного поля 4.3.1 Подготовка шахтных полей После вскрытия шахтного поля начинаются работы по подготовке вскрываемых запасов угля для их разработки. Поскольку размеры шахтного поля значительные, одновременная его отработка технически невозможна и экономически нецелесообразна. Поэтому вначале производится своеобразный раскрой шахтного поля, т.е. оно делится на части, которые в дальнейшем будут отрабатываться в определенной последовательности. Первое деление проводится уже на стадии вскрытия шахтного поля (рис. 4.9а). Часть шахтного поля, расположенная с одной стороны ствола по простиранию, называется крылом. Часть шахтного поля, расположенная выше, называют шахтным полем по восстанию, а ниже – по падению. Поле по восстанию и по падению обслуживаются бремсбергами и уклонами поэтому их называют бремсберговым и уклонным соответственно. Бремсберговые и уклонные поля делят на более мелкие части – этажи, панели, выемочные полосы ( рис 4.9б,в,г). В зависимости от этих делений различают следующие способы подготовки шахтных полей: этажная, панельная и погоризонтная.

47

Рис. 4.9 Деление шахтного поля на части а – на крылья и поля; б – на этажи; в – на панели; г – на выемочные полосы При этажной подготовке бремсберговое и уклонное поля шахты делят на этажи – части шахтного поля, ограниченные по восстанию вентиляционным штреком, по падению откаточным штреком и по простиранию границами шахтного поля (рис.4.10).

Рис. 4.10 Схема этажной подготовки I-VI – этажи; 1 – вскрывающие стволы; 2 – главный откаточный штрек; 3 – капитальный бремсберг; 4 и 9 – ходки; 5 и 6 – соответственно этажные откаточный и вентиляционные штреки; 7 – шурф; 8 – капитальный уклон

48

При панельной подготовке шахтное поле делят на панели – части шахтного поля, ограниченные в бремсберговой части: по падению главным откаточным штреком, по восстанию границей шахтного поля, по простиранию границей шахтного поля или соседних панелей; в уклонной части: по падения границей шахтного поля, по восстанию главным откаточным штреком, по простиранию границей шахтного поля или соседних панелей (рис. 4.11).

Рис. 4.11 Схема панельной подготовки I-IV – панели; 1 – вскрывающие стволы; 2 – главные штреки; 3 – панельные бремсберги; 4 и 9 – ходки; 5 и 6 – ярусные откаточные и вентиляционные штреки; 7 – шурфы; 8 – панельный уклон. Количество панелей зависит от размеров шахтного поля. Панели по падению делят на ярусы. По мере выработки одной панели производится подготовка другой. Запасы угля при этажной и панельной подготовках отрабатываются лавами, которые движутся по простиранию. Однако, бывают условия, когда отработку запасов угля целесообразно вести лавами по восстанию и по падению. В этом случае шахтное поле вскрывающими выработками делят на горизонты, которые в себя бремсберговые и уклонные ступени, делящиеся, в свою очередь, на вытянутые по восстанию или по падению полосы. Такая подготовка шахтного поля называется погоризонтной (рис. 4.12).

4.3.2 Очистные работы После окончания работ по подготовке шахтного поля в разрезной печи монтируется оборудование для непосредственной выемки угля. При начале отработки одна из стенок разрезной печи становится подвижной, т.е.

49

очистным забоем. Горную выработку, в которой добывают уголь, называют лавой. При расширении разрезной печи во время добычи угля горные породы под действием собственного веса будут стремится обрушиться, поэтому лаву необходимо крепить. При добыче угля в лаве (рис. 4.13) выполняются следующие основные процессы: отделение угля от массива

Рис. 4.12 Схема погоризонтной подготовки 1 – центральные стволы; 2 – главный пластовый штрек; 3 – главный полевой откаточный штрек; 4 – конвейерный бремсберг; 5 и 14 - вентиляционные ходки; 6 – главный полевой вентиляционный штрек; 7 – шурф; 8 и 9 – вспомогательные уклон и ходок; 10 – пластовый штрек дренажного горизонта; 11 – полевой штрек дренажного горизонта; 12 – водосборник; 13 – конвейерный уклон транспортирование угля вдоль забоя лавы до откаточного штрека, крепление лавы (управление кровлей). В современной шахте эти процессы механизированы и выполняются с помощью следующих машин и механизмов: угольные комбайны, передвижные скребковые конвейеры, передвижные механизированные крепи. По мере подвигания очистного забоя увеличивается площадь обнажения кровли и, несмотря на наличие крепи в лаве, возрастает давление на призабойную крепь отвеса пород. Это давление может стать настолько боль-

50

шим, что призабойная крепь может разрушиться и произойдет обрушение пород в призабойное пространство. Совокупность мероприятий по регулированию проявления горного давления в призабойном пространстве

Рис. 4.13 Схема очистного забоя 1 – откаточный штрек; 2 – бутовый штрек; 3 – скребковый конвейер; 4 – секции передвижной механизированной крепи; 5 – выемочный комбайн; 6 – вентиляционный штрек

51

лавы в целях обеспечения безопасных условий работы называют управлением горным давлением или управлением кровлей. В зависимости от горно-геологических условий и угла падения пласта управление кровлей в очистных забоях выполняется одним из следующих способов: полным обрушением, частичным обрушением, полной закладкой, частичной закладкой, плавным опусканием, поддержанием кровли на кострах. Наиболее распространенным способом управления кровлей является полное обрушение. После того, как вынув весь уголь лава подойдет к границам шахтного поля (панели) или к ходку, она прекращает свое существование. Чтобы шахта полностью не прекратила добычу угля, во время отработки одних лав ведется подготовка к вводу в эксплуатацию других – проводятся подготовительные выработки на нижних этажах (ярусах), готовятся новые панели или выемочные полосы. Проведение этажных штреков и разрезных печей на действующей шахте называется работой по воспроизводству очистной линии забоев.

Рис. 4.14 Системы разработки угольных пластов а – сплошная; б – столбовая; 1 – разрезная печь; 2 – лава; 3 – откаточный штрек; 4 – вентиляционный штрек Для правильного и равномерного ведения очистных работ между ними и подготовительными работами должна быть обеспечена строгая взаимоувязка как во времени, так и в пространстве.

52

Установленный порядок и последовательность ведения подготовительных и очистных работ, взаимосвязанных во времени и в пространстве, называется системой разработки. В практике горного дела применяют сплошные. столбовые и комбинированные системы разработки (рис. 4.14). При сплошной системе разработки очистные работы к пределах этажа, яруса или выемочной полосы ведут одновременно в одном направлении с проведением подготовительных выработок, незначительно опережающих очистной забой (рис. 4.14а). При столбовой системе разработки пласт угля до начала очистных работ предварительно разделяется подготовительными выработками на отдельные выемочные поля – столбы, которые впоследствии отрабатываются при очистной выемке (рис. 4.14б). Комбинированные системы разработки - это сочетание элементов сплошной и столбовой систем. Контрольные вопросы и задания 1. 2. 3. 4.

Что такое шахтное поле? Какие категории запасов относятся к разведочным? Что такое проектная мощность шахты? Что такое вскрытие? Какие проходятся выработки при вскрытии? 5. Что такое подготовка шахтного поля? Какие сооружаются выработки при подготовке? 6. Назовите схемы вскрытия шахтных пластов. 7. Что такое очистные работы? 8. На какие типы подразделяют все системы разработки угольных месторождений? 9. Что такое управление кровлей? 10. Покажите как изображается шахтное поле на горных чертежах.

53

5 Сооружение горных выработок 5.1 Формы и размеры поперечного сечения горных выработок При выборе формы поперечного сечения горных выработок учитывают физико-механические свойства и состояние горных пород, по которым они проводятся; величину и направление горного давления, а также проектный срок эксплуатации выработки. Горизонтальные и наклонные подземные горные выработки, включая камеры, могут иметь прямоугольную, трапециевидную, сводчатую, арочную, круглую и другие формы поперечного сечения. В горном деле существует три понятия поперечного сечения горных выработок: в свету (Sсв), вчерне (Sвч) и в проходке (Sпр). Размеры поперечного сечения выработки в свету устанавливают по ее высоте и ширине с учетом типа и габаритов подвижного состава или размещенного в ней оборудования и регламентируемых правилами безопасности (ПБ) зазорами (рис. 5.1)

Рис. 5.1 Поперечное сечение горной горизонтальной горной выработки 1 – стойки крепи; 2 – верхняк крепи; 3 – колеи рельсового пути; 4 – водоотливная канавка Основные размеры поперечного сечения выработки (см. рис. 5.1): Н – минимальная высота выработки от головки рельс до внутренней поверхности крепи ( по ПБ принимается не менее 1,9 м в главных откаточных и вентиляционных выработках и не менее 1,8 м – в участковых подготовительных выработках;

54

- В – минимальная ширина выработки, складывающаяся из габаритных размеров размещаемого в ней оборудования или подвижного состава с учетом минимальных зазоров, предусматриваемых ПБ; - n – зазор между крепью и подвижным составом там, где нет прохода для людей (по ПБ не менее 0,25 м); - к – зазор между подвижными составами (по ПБ не менее 0,2 м); - m – зазор между крепью и подвижным составам со стороны прохода для людей на высоте 1,8 м (по ПБ не менее 0,7 м); - h – высота подвижного состава (вагонетки, электровоза); -А – ширина подвижного состава. Аналогично ПБ устанавливают минимальные зазоры и для других случаев. На основании установленных ширины (В) и высоты (H) выработки определяют ее расчетную площадь поперечного сечения в свету и по ней принимают из альбома типовых сечений ближайшее большее по площади поперечное сечение. На шахтах, опасных по газу принятое Sсв проверяют на скорость движения по выработке воздуха (по специальным формулам). И, если рассчитанное значение скорости окажется больше установленной ПБ, то необходимо по альбому подобрать большее сечение, обеспечивающее допустимую скорость движения воздушной струи. Для получения Sвч необходимо к принятому Sсв прибавить площадь поперечного сечения, занимаемую крепью (стойки, затяжки), верхним строением рельсового пути (балласт, шпалы) и водоотливной канавкой. Площадь поперечного сечения выработки в проходке - это площадь, получаемая в результате ведения горных работ. Она должна быть не менее Sвч и не более (1.03…1,12) Sвч в зависимости от Sвч и крепости горных пород. 5.2 Способы сооружения горных выработок Под сооружением горной выработки понимают комплекс работ, выполнение которого обеспечивает ее готовность к сдаче в эксплуатацию ( подготовительные работы, строительство технологической части и монтаж в ней оборудования для проходческих работ, проведение самой выработки, заключительные работы). Проведение горной выработки включает в себя ряд последовательно или параллельно выполняемых процессов (выемка, погрузка и транспортировка горной массы; возведение крепи, наращивание транспортных средств и коммуникаций), обеспечивающих определенную скорость подвигания забоя выработки. Безопасную совокупность способов и средств отделения горной массы от массива, погрузки ее и транспортировки из забоя, возведения крепи называют технологической схемой проведения горной выработки. Различают обычный и специальный способы сооружения горных выработок.

55

Обычный способ применяется в устойчивых породах, допускающих обнажение забоя выработки без применения специальных методов или устройств для поддержания выработки и обеспечения безопасных условий труда проходчиков. Специальными способами проводятся выработки в неустойчивых, рыхлых, сыпучих и водообильных породах, когда нельзя обнажить забой без опережающей крепи, щита или, например, без предварительного замораживания водоносных пород. Отделение горной породы от массива при проведении горной выработки производят следующими способами. Буровзрывной способ применяется в породах с f = 1-20 и более в случаях, когда другие способы невозможны или неэффективны. Механический способ применяется в породах с f не более 6, при длине выработки более 300 м; применение способа ограничено максимальной площадью поперечного сечения выработки, технической характеристикой проходческого комбайна, буровой машины, проходческого щита или другого механического агрегата. Гидравлический способ применяется в породах с f не более 1,2 (без предварительного рыхления другим способом). Ручной способ применяется при f не более 1,5 в случаях, когда применение другого способа невозможно. Комбинированный способ – это сочетание перечисленных выше способов, например, буровзрывного с ручным, буровзрывного с механическим, буровзрывного с гидравлическим, механического с гидравлическим и др. Обычно горные выработки проводят полным сечением. При S>20 м2 им могут придавать уступчатую форму. Эта форма позволяет в определенной степени совмещать работы в передовом и отстающем забое. 5.3 Проведение горизонтальных горных выработок в крепких однородных породах В крепких породах горные выработки, как правило, проходят буровзрывным способом. В процессе проведения горных выработок процессы, выполняемые в их забоях, делят на основные и вспомогательные. При буровзрывной технологии к основным процессам относят бурение шпуров, заряжание и взрывание шпуровых зарядов, проветривание забоя горной выработки после взрыва, уборка породы, сооружение постоянной крепи, а к вспомогательным – сооружение временной крепи и оборудование рельсового пути, устройство водоотливной канавки, наращивание и подвеска трубопроводов (для вентиляции, воды. сжатого воздуха) и кабелей. Основные и вспомогательные процессы составляют проходческий цикл. За один цикл забой выработки перемещается (длина выработки увеличивается) примерно на среднюю глубину комплекта шпуров (на одну заходку). После завершения одного цикла процессы повторяются в той ж последовательности.

56

Бурение шпуров – один из наиболее трудоемких процессов. Шпуры диаметром 42-56 мм бурят ручными или колонковыми электросверлами, пневматическими бурильными молотками (перфораторы) и бурильными установками. Количество шпуров, приходящееся на 1 м2 площади забоя зависит от площади поперечного выработки, крепости пород, схемы расположения шпуров, мощности применяемого взрывчатого вещества (ВВ) и т.п. В среднем на 1 м2 площади забоя бурят 2-4 шпура глубиной 1,5-4,0 м. В качестве ВВ в горнодобывающей промышленности применяют аммиачно-селитренные и низкопроцентные нитроглицериновые ВВ, которые поставляются на предприятие в виде патронов цилиндрической формы диаметром 32-45 мм и массой 0,2-0,4 кг. В зависимости от условия применения ВВ делят на 7 классов: I и II классы ( непредохранительные) предназначены для открытых работ и шахт, не опасных по газу и пыли; III-VII классы (предохранительные) предназначены для шахт опасных по газу и пыли. Заряды ВВ размещают в пробуренных и очищенных от буровой мелочи шпурах. Боевые патроны (патрон снаряженный детонатором) изготавливают в процессе заряжания шпуров. Конструкция шпурового заряда приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2 Конструкция шпурового заряда ВВ 1 – обычные (пассивные) патроны ВВ; 2 – патрон-боевик; 3 – электродетонатор (ЭД); 4 – ампула гидрозабойки; 5 – запирающая песчано-глинистая забойка (не менее 3 пыжа) Не заряжаемая часть шпура заполняется инертным материалом – забойкой, которая может быть выполнена из песчано-глинистых пыжей или из полиэтиленовых ампул заполненных водой. Взрывание зарядов производится, как правило, электрическим способом с помощью электродетонаторов. Источниками тока для их взрывания, как правило, являются переносные взрывные приборы конденсаторного типа. Принцип действия этих приборов – мгновенный (в течение 2…4 мс) разряд в электровзрывную сеть энергии конденсатора-накопителя. После взрывания шпуровых зарядов забой выработки проветривается в течение 15-30 минут вентиляторами местного проветривания, устанавливаемыми на свежей струе воздуха на расстоянии не менее 10 м от устья проветриваемой выработки. После проветривания забоя и приведения его в безопасное состояние приступают к уборке породы с помощью породопогрузочных машин периодического или непрерывного действия. К погрузочным машинам периодиче-

57

ского действия относятся машины типа механической лопаты. Во время уборки эти машины с опущенным ковшом наезжают по рельсовому пути на взорванную породу и через себя бросают ее в вагонетку, расположенную за машиной. Породопогрузочные машины непрерывного действия в качестве рабочего органа имеют нагребающие лапы, которыми порода нагружается на перегружатель машины и далее в вагонетку или на конвейер. Эти машины передвигаются на гусеничном ходу. Сооружение постоянной крепи выполняется в соответствии с паспортом крепления выработки, который определяет конструкцию крепи, ее параметры и порядок возведения (непосредственно за подвиганием забоя или с отставанием от него). По виду крепежных материалов крепи бывают деревянные (трапеция), металлические (арка, кольцо), бетонные, железобетонные и др. Чаще всего (более 80%) применяется металлическая арочная крепь из спецпрофиля корытчатой формы поперечного сечения. Она состоит из верхняка, боковых стоек и межрамных соединительных элементов. Деревянная крепь выполняется в виде рам (неполный оклад) с наклоном стоек 80-85°. Расстояние между рамами 0,5-1,0 м. Пространство между рамами (арками) перекрывается затяжкой (дерево, металлическая сетка, ж/б затяжки). При использовании породопогрузочных машин на рельсовом ходу вблизи забоя по мере необходимости настилают временный рельсовый путь, который по мере подвигания забоя заменяется на постоянный. Постоянный путь настилают частями, используя рудничные рельсы Р-18, Р-24, Р-33 длиной 8 или 12м. Верхнее строение рельсового пути включает в себя балластный слой (щебень), шпалы (дерево или ж/б),рельс и соединительных элементов (подкладки, накладки, болты и костыли). Ширина рельсовой колеи обычно 900 или 600 мм. Шпалы укладывают на расстоянии 700 мм друг от друга, заглубляя в балласт на 2/3 их толщины. Рельсы укладывают на стальные подкладки и прикрепляют их к деревянным шпалам костылями, а к ж/б – болтами. Все выработки, называемые горизонтальными, на практике проходятся с уклоном (3-5 мм/м), направленным в сторону околоствольного двора или наклонных выработок. Это делается по двум соображениям: во-первых, в этом случае имеет место равенство усилия, создаваемого электровозом для перемещения груженных (к стволу) и порожних (от ствола) составов вагонеток.; во-вторых, при таком уклоне вода, выделяющаяся из горных пород, по водоотливным канавкам стекает в околоствольный двор. Водоотливные канавки закрепляются деревом или ж/б (чаще всего сборным). При проведении горной выработки вентиляционные трубы и электрические кабели подвешиваются к элементам крепи, а трубы ставов воды и сжатого воздуха укладываются по почве выработки.

58

5.4 Проведение горизонтальных горных выработок в мягких однородных породах В этих условиях выработки проводятся с использованием проходческих комбайнов или средств гидромеханизации. При комбайновом способе достигается максимальная механизация работ. Комбайн одновременно разрушает горную породу и грузит ее. При использовании непрерывного транспорта (конвейер) процесс проведения выработки становится непрерывным. Проходческие комбайны имеют различны исполнительные органы. Наиболее распространены комбайны с исполнительным органом в виде конусных резцовых коронок, позволяющих вести селективную (избирательную) обработку породного забоя. Проведение выработок с использованием гидромеханизации производится в основном на гидрошахтах. В этом случае уклон горной выработки должен быть 50-70 мм/м в сторону углесосной камеры, обеспечивающий безнапорный гидротранспорт горной массы. При гидромеханизации уголь и порода разрушаются высоконапорной струей воды, создаваемой гидромониторами с ручным или дистанционным управлением. 5.5 Проведение горизонтальных горных выработок в разнородных породах В процессе проведения штреков по тонким и средней мощности пластам угля, возникает необходимость частичной выемки пород, вмещающих пласт угля. Это делается для того чтобы получить необходимые размеры поперечного сечения выработки и называют этот процесс подрывкой породы. В зависимости от назначения выработки и способа выдачи угля из очистного забоя штреки можно проводить с подрывкой кровли, почвы или кровли и почвы пласта угля (рис. 5.3)

Рис. 5.3 Расположение угольного пласта в поперечном сечении штрека с подрывкой почвы (а и г); почвы и кровли (б); кровли (в)

59

Подготовительные выработки по разнородным породам могут проводиться узким и широким забоем. В первом случае ширина угольного забоя равна ширине породного и горная масса, как правило, выдается на поверхность. Во втором случае уголь вынимается на ширину большую ширины штрека; порода не выдается на поверхность, а размещается в специально образованном пространстве – раскоске (рис. 5.4).

Рис. 5.4 Поперечное сечение штрека, проводимого широким ходом 1 – штрек; 2 – раскоска с породой; 3 – косовичник Как видно из рис., в раскоске оставляется косовичник – пространство шириной 1-2 м, необходимое для транспорта, проветривания, стока воды. Он также используется в качестве запасного выхода для людей. Проведение штреков узким забоем включает в себя работы по выемке угля и породы. При раздельной выемке сначала вынимают уголь на глубину 1,5-4,0 м, а затем на эту глубину породу. Все остальные процессы во время проведения штреков по разнородным породам узким ходом выполняются так же, как и при проведении выработок в однородных породах. 5.6 Особенности проведения наклонных выработок Особенности определяются их наклонным положением в пространстве. Использование комбайнов и породопогрузочных машин ограничено углом наклона выработки. Во время проведения выработки сверху вниз возникает необходимость в водоотливном оборудовании. В наклонных выработках необходимо иметь предохранительные от сползания оборудования устройства. Наклонные выработки, служащие для перемещения людей, оборудуются перилами при углах наклона выработки от 7 до 15°, трапами и перилами при угле наклона от 15 до 30°, лестницами со ступеньками и перилами при угле наклона от 30 до 45°, лестничным отделением при угле наклона более 45°. Как правило, наклонные выработки проходят узким забоем по восстанию или падению пласта. При поведении выработки по пласту снизу вверх на газовых шахтах выделяется метан, скапливаясь в верхних частях ту-

60

пикового забоя, создавая угрозу взрыва. Поэтому, на пластах с большой газоносностью наклонные выработки проходят только сверху вниз. По условиям проведения наклонные выработки делятся на 2 группы: с углом наклона до и более 25°. К первой группе относят наклонные стволы шахт, бремсберги, уклоны и ходки при них. Проведение этих выработок и организация работ аналогичны проведению горизонтальных выработок. По мягким породам при угле наклона выработки до 20° используются проходческие комбайны. По породам с f > 6 выработки проходятся буровзрывным способом. В этом случае уборка породы и угля выполняется погрузочными машинами непрерывного действия. К выработкам, проходимым под углом более 25°, относятся скаты, углеспускные печи. Скаты проводят по углю или с подрывкой боковых пород. Скаты имеют 2 отделения: одно для перемещения людей и вентиляции, другое – для спуска угля и породы. Походку скатов ведут одним из 3-х способов: отбойными молотками, буровзрывным способом или с применением буросбоечных машин. В последнем случае, первоначально бурят снизу вверх скважину диаметром 390 мм, а затем ее разбуривают сверху вниз до диаметра 850 мм. При необходимости большего сечения, производят его расширение до необходимых размеров и крепят сооруженную выработку. 5.7 Сооружение и углубка вертикальных шахтных стволов В вертикальных шахтных стволах (рис. 5.5) различают: устье – верхнюю часть ствола, примыкающую к земной поверхности, основную часть ствола, сопряжение ствола с околоствольным двором (рассечка) и зумпф – части ствола, расположенную ниже уровня околоствольного двора и предназначенная для сбора стекающей по стволу воды, а также для загрузки скипов при скиповом подъеме.

61

Рис.5.5 Вертикальный шахтный ствол 1 – устье ствола; 2 – основная часть ствола; 3 – сопряжение; 4 - зумпф Чаще всего форма поперечного сечения ствола круглая. Эта форма обеспечивает наилучшее сопротивление крепи горному давлению и наименьшее сопротивление движению воздуха. Расположение эксплуатационного оборудования в вертикальном стволе шахты приведено на рис. 5.6.

62

Рис. 5.6 Расположение эксплуатационного оборудования в вертикальном стволе шахты 1 – подъемные сосуды (клети); 2 – расстрелы (двутавры); 3 – проводники (рельсы); 4 – трубы водоотливных ставов; 5 – трубы сжатого воздуха; 6 – силовые кабели; 7 – лестничное отделение Перед началом сооружения ствола выполняется целый ряд подготовительных работ (вне площадочные и внутри площадочные), продолжительность которых от 3 до 8 месяцев а зависимости от проектной мощности строящейся шахты.

63

В зависимости от устойчивости и водообильности горных пород различают обычные и специальные способы сооружения стволов. Обычным способом сооружают стволы в устойчивых породах при притоке воды в забой ствола до 8 м3/ч. Проходка ствола, как правило, осуществляется буровзрывным способом (рис. 5.7). В меньших объемах применяется комбайновая технология и бурение стволов

Рис. 5 7 Технология проходки ствола обычным способом по буровзрывной технологии 1 – грейфер; 2 – щит-оболочка; 3 – двухэтажный подвесной полок; 4 – передвижная каретка с погрузочной машиной; 5 – створчатая опалубка; 6 – опорное пикотажное кольцо В первых двух случаях применяют специализированные проходческие комплексы оборудования, требующие для своего монтажа участок пройденного ствола ( технологический отход) глубиной до 70 м. Как правило, технологический отход выполняют механическим (экскаватор) и буровзрывным

64

способом с помощью двух подъемных кранов на гусеничном или колесном ходу (для подвески бадьи и грейферного погрузчика). Рассмотрим технологию и организацию работ при проходке ствола буровзрывным способом с применением проходческого комплекса оборудования. Бурение шпуров в породах с f<14 осуществляется бурильными установками типа БУКС-1, при большей крепости – стволовыми пневматическими буровыми молотками. Шпуры глубиной до 5,5 м в поперечном сечении ствола располагают по концентрическим окружностям. В качестве ВВ применяют аммонал скальный №1 прессованный в патронах диаметром 45 мм и аммониты 6ЖВ или АП-5ЖВ в патронах диаметром 36 мм. Патроны-боевики изготавливают на поверхности. Спуск ВВ в ствол производится в бадьях. Заряжание шпуров производится мастеромвзрывником и не более 6-ю проходчиками. Взрывание зарядов (электрическое) производят с поверхности. Проветривание ствола после взрыва осуществляется по нагнетательной схеме с помощью вентилятора, установленного на поверхности (не ближе 15 м от устья ствола). Для подачи воздуха используют металлические или стекловолокнистые трубы диаметром до 1 м, прикрепляемые к стенкам ствола или подвешиваемые на канатах. Погрузка породы осуществляется породопогрузочными машинами КС-3 с ручным вождением (технологический отход) и погрузочными комплексами КС-2у/40, 2КС-2у/40, КС-1м, 2КС-1м с механическим перемещением грейфера в любую точку забоя. В стволах диаметром до 6,5 м работает 1 грейфер, при большем диаметре – 2. Погрузка породы производится в бадьи емкостью до 6 м3. Вместе с породой выдается и вода, подаваемая в бадью насосом Н-1м. Постоянная крепь стволов, как правило, бетонная. Бетонную смесь подают за опалубку по бетонопроводам диаметром 168 мм. Передвижная инвентарная опалубка высотой 4-5 м подвешивается и удерживается на нужной глубине на канатах с помощью лебедок. После того, как ствол пройден и закреплен на всю глубину, приступают к его армированию – установке расстрелов и проводников, используемых в качестве направляющих для подъемных сосудов при эксплуатации ствола; оборудованию лестничного отделения, подвеске труб и кабелей различного назначения. На вентиляционных и воздухоподающих стволах широко применяется канатная армировка. При комбайновой технологии применяют стволопроходческий комбайн СК-1Д, подвешиваемый в стволе с помощью 4-х лебедок ЛЭП-45. Все основные механизмы комбайна смонтированы на трехэтажном каркасе. Порода разрушается двухдисковым планетарным режущим органом, оснащенным резцами (f<7) или шарошками (f>7). Во время разрушения порды каркас комбайна неподвижен, распираясь домкратами в породу и бетонную крепь. Порода разрушается на величину заходки равной 1,3 м и в виде пульпы, заса-

65

сывается пневматическим элеватором, погружается в скип емкостью 3 м3 и выдается на поверхность. Подготовка новых горизонтов на действующих шахтах, как правило, вызывает необходимость углубки действующих стволов. Углубка стволов может быть выполнена одним из двух способов – сверху вниз и снизу вверх, причем, каждый из них имеет несколько вариантов. Углубка снизу вверх возможна в тех случаях, когда один из стволов углубляют сверху вниз или на новый горизонт проходят слепой ствол или уклон по одному из пластов. В этом случае углубку производят либо сразу полным сечение ствола, либо в начале уменьшенным сечением - снизу вверх, с последующим расширением до проектного сечения - сверху вниз. Углубка ствола сверху вниз производится с оставлением в стволе под зумпфом предохранительного целика или с устройством искусственного предохранительного полка. При углубке действующего ствола сверху вниз в стволе должно быть предусмотрено специальное углубочное отделение, в котором размещают оборудование, необходимое для углубки. Если углубочное отделение не предусмотрено, то углубку производят через специальный слепой ствол. Для механизации работ при углубке стволов используют, специально предназначенный для этих целей комплекс оборудования “Углубка-1”, включающий в себя породопогрузочную машину ”Проходчик” и буровую установку БУКС-1. 5.8 Рассечка околоствольного двора и сооружение выработок и камер околоствольного двора Рассечка (сооружение сопряжения вертикального ствола с околоствольным двором) производится либо после окончания проходки ствола, либо одновременно с проходкой. Сопряжения стволов с выработками околоствольных дворов обычно располагают в крепких породах. При ведении работ по рассечке сопряжений, отбитая, как правило буровзрывным способом, порода доставляется в ствол, откуда стволовым грейфером грузится в бадьи. Сопряжения вертикальных стволов с околоствольными дворами крепятся бетонной или ж/б крепью. Проведение выработок и камер околоствольного двора производится обычно буровзрывным способом. Для бурения шпуров и погрузки породы могут применяться буровые установки на пневмоколесном и гусеничном ходу, а также погрузочные машины на рельсовом и гусеничном ходу. Порода грузится в вагонетки или в погрузочно-доставочные машины. После погрузки породы в призабойном пространстве устанавливается временная крепь из металлических арок или анкеров. Следом за временной крепью устанавливается постоянная крепь из монолитного бетона, металлобетона или из набрызг-бетона. Камеры околоствольных дворов, в зависимости от их длины и величины поперечного сечения, сооружаются либо полным сечением, либо слоя-

66

ми. Шпуры бурят ручными бурильными молотками или буровыми установками. Погрузка породу осуществляется погрузочными машинами или скреперными установками. Комплекс камер загрузочного устройства скипового ствола, включающий в себя камеру разгрузки вагонеток, бункера для временного накопления угля, камеры дозирующего устройства, в основном сооружают слоями. Порода от проходки приствольных камер сбрасывается в ствол, стволовым грейфером грузится в бадьи и выдается на поверхность. В качестве материала постоянной крепи применяют бетон и железобетон. Контрольные вопросы и задания 1. 2. 3. 4.

Что такое технология проведения горной выработки? Основные операции проходческого цикла. Какие бывают виды крепей горных выработок? Может ли выработка, закрепленная деревом, иметь круглую форму? 5. Какие бывают способы разрушения горных пород при проведении выработки? 6. Какие понятия поперечного сечения горных выработок существуют в гоном деле? 7. Как получить величину площади поперечного сечения выработки в свету? 8. Для чего бурят шпуры при буровзрывных работах? 9. Какие ВВ допущено применять в угольных шахтах? 10. Для какой цели служит забойка? 11. Технология проведения выработок в однородных породах. 12. Технология проведения выработок в разнородных породах. 13. Особенности проведения наклонных выработок. 14. Технология сооружения вертикальных шахтных стволов. 15. Как производятся рассечки околоствольного двора? 16. Назовите технологические особенности углубки стволов. 17. Что такое армировка ствола?

79

6. Системы обеспечения жизнедеятельности и бесперебойной работы угольных шахт 6.1 Вентиляция шахты Поступающий в шахту атмосферный воздух состоит из смеси газов. Примерно 21% в составе смеси – кислород. Проходя по горным выработкам воздух насыщается парами воды, углекислым газом, сероводородом и другими газами. При взрывных работах образуются ядовитые газы. На многих шахтах из угля выделяется метан. Вследствие сказанного процентное содержание кислорода в шахтном воздухе уменьшается. Согласно же правил безопасности, работа людей в шахте допускается при наличии кислорода в шахтной атмосфере не менее 20% (по объему воздуха). Особую опасность в угольных шахтах представляет метан (СН4). Он способен в смеси с воздухом образовывать взрывчатую смесь при его содержании в шахтной атмосфере от 5 до 15 %. В зависимости от количества метана, выделяющегося на 1 т суточной добычи угля, шахты делят на 4 категории: I категория – до 5 м3/т, II категория - 5-10 м3/т, III категория – 10-15 м3/т и сверхкатегорные – более 15 м3/т. Большинство современных шахт – сверхкатегорные. Правила безопасности устанавливают максимальное содержание метана в исходящей струе шахты- 0,75%. Для того, чтобы выполнить это требование в шахту необходимо подавать от 2 до 20 тысяч м3 воздуха в минуту. Если выразить это количество в тоннах, то за сутки в шахту необходимо подать тонн воздуха в 2-5 раз больше суточной добычи угля шахты. Капитальные и подготовительные выработки, очистные забои шахты проветриваются общешахтной струей воздуха. Для общешахтного проветривания на угольных шахтах применяют так называемый всасывающий способ проветривания. При этом способе вентилятор главного проветривания с помощью вентиляционного канала соединяется со стволом (шурфом), устье которого плотно перекрыто. В этом случае отсос воздуха из ствола (шурфа) создает разницу давлений в устьях воздухоподающего и вентиляционного стволов. За счет этой разницы давлений, которая называется депрессией, создается движение воздуха по подземным горным выработкам. Для того, чтобы свежая и исходящая ( отработанная) струи воздуха не смешивались между собой, в выработках устанавливают вентиляционные двери или двери с окном (когда нужно ограничить количество проходимого по выработке воздуха). Схема проветривания бремсберговой части условной шахты приведена на рис. 6.1.При проведении горных выработок их забои проветриваются с помощью вентиляторов местного проветривания, устанавливаемыми на свежей струе воздуха (рис. 6.2). Вентиляторы нагнетают воздух в забой выработки по прорезиненым трубам диаметром

80

Рис. 6.1 Схема вентиляции бремсберговой части шахтного поля 1 – вспомогательный ствол; 2 – главный ствол; О.Д. - околоствольный двор; 3 – откаточный квершлаг; 4 – коренной откаточный штрек; 5 – вспомогательный бремсберг; 6 – бремсберг; 7 – людской ходок; 8 – откаточные этажные штреки; 9 – вентиляционные этажные штреки; 10 – очистные забои (лавы); 11 – вентиляционный квершлаг

0,4-0,8 м, которые подвешиваются в выработке к элементам крепи. Организуют вентиляцию шахты работники участка вентиляции и техники безопасности.

81

6.2 Шахтный транспорт Шахтный транспорт условно делится на следующие звенья: - доставка (транспортирование полезного ископаемого вдоль очистного забоя); - подземный транспорт (транспортирование людей и грузов по горизонтальным и наклонным выработкам от забоев до стволов и обратно); - подъем и спуск по стволу людей и грузов; - транспорт на поверхности. Доставка добытого угля вдоль лавы до штрека осуществляется скребковыми конвейерами. Такой конвейер состоит из приводной и концевой станции, рештачного става и рабочего органа. Приводная станция оборудована двигателем, который через редуктор создает усилие, двигающее рабочий орган по рештачному ставу. Рештачный став состоит из отдельных рештаков, смонтированных в 2 ветви – рабочей и холостой. Концевая станция оснащена специальным устройством, создающим постоянное натяжение цепи рабочего органа. Рабочий орган (цепь со скребками) может быть одноцепным и двухцепным. Поперечное сечение рештачного става с одноцепным рабочим органом приведено на рис. 6.3.

Рис. 6 3 Поперечное сечение рештачного става скребкового конвейера 1 – рабочая ветвь; 2 – холостая ветвь; 3 цепь со скребками По горизонтальным и наклонным выработкам уголь транспортируется, как правило, ленточными конвейерами. Конструкция ленточного конвейера приведена на рис. 6.4.

Рис. 6.4 Конструкция ленточного конвейера 1 – приводной барабан; 2 – натяжной барабан; 3 – прорезиненная лента; 4 – ролики для рабочей части ленты; 5 – ролики для холостой части ленты

82

При вращении приводного барабана за счет трения между его поверхностью и лентой, последняя приходит в движение. Ленточные конвейеры имеют длину до 1000 – 1500 м и производительность от 300 до 1500 т/ч. Для перевозки материалов и породы по горизонтальным выработкам применяют электровозный транспорт. При этом груз размещают в шахтных вагонетках емкостью 1,6 – 3,3 м3. Из вагонеток формируют составы, которые перевозятся электровозами по рельсовому пути с шириной колеи 600 или 900 мм. Электровозы могут быть контактные и аккумуляторные. В последнем случае после работы в течении одной смены на электровозе в гараж-зарядной производится обмен разряженной батареи на заряженную. При транспортировке породы и материалов по наклонным выработкам составы вагонеток перемещаются с помощью лебедок - подъемных машин, которые устанавливаются в специальной камере, расположенной в верхней части наклонной выработки (рис. 6.5).

Рис. 6.5 Схема канатной откатки по наклонным выработкам 1 – состав вагонеток; 2 – лебедка (подъемная машина) Транспортирование полезного ископаемого и других грузов по вертикальным выработкам с помощью механических средств называют шахтным подъемом уголь из шахты, как правило, выдают на поверхность в скипах – металлических ящиках, дно которых при разгрузке открывается. Скипы подвешиваются на канатах таким образом, что один скип (нижний) находится в нижней части ствола под загрузкой, а второй ( верхний) в это время находится в верхней части копра и его содержимое разгружается в бункер. После загрузки нижнего и разгрузки верхнего скипа включается двигатель подъемной машины и загруженный скип поднимается по стволу на поверхность, а порожний скип опускается в шахту под загрузку. Клетьевой подъем служит для выдачи породы и спуска в шахту в вагонетках материалов и оборудования, а также для перевозки по стволу людей. Подъемным сосудом служит клеть (конструкция подобная лифту). Клети подвешиваются на канатах таким образом, что одна находится на верхней приемной площадке в надшахтном здании, а другая – на нижней приемной площадке (откаточный горизонт). Схема, изображающая графически технологическое взаимодействие транспортных установок шахты, называется схемой транспорта ( рис. 6.6).

83

Рис. 6.6 Схема шахтного транспорта 1 и 2 – скребковые конвейеры в западной и восточной лавах; 3 и 4 – ленточные конвейеры в конвейерных штреках; 5 – ленточный конвейер на бремсберге; 6 – ленточный конвейер на коренном штреке; 7 – ленточный конвейер на капитальном квершлаге; 8 – ленточный конвейер в околоствольном дворе; 9 – загрузочный бункер; 10 – загружающийся скип; 11 – канат скипового подъема; 12 – разгружающийся скип; 13 – разгрузочный бункер; 14 – ленточный конвейер в поверхностной галерее; 15 – погрузочный бункер; 16 – железнодорожный вагон; 17 – железнодорожный путь; 18 – узкоколейный рельсовый путь; 19 – клеть с вагонеткой на горизонте околоствольного двора; 20 – канат клетьевого подъема; 21 – клеть с вагонеткой на поверхности 6.3 Энергоснабжение В шахтах в основном используют электрическую и пневматическую энергии. Электроснабжение горных предприятий - это обеспечение электрооборудования (в шахте и на поверхности) электроэнергией. Оно осуществ-

84

ляется следующим образом. От шахтной поверхностной подстанции электроэнергия высокого напряжения (6000 или 3000 В) по двум бронированным кабелям подводится к центральной подземной электроподстанции (ЦПП), расположенной в одной из камер околоствольного двора. От нее бронированные кабели высокого напряжения отходят к участковым трансформаторным подстанциям (УТП), в которых напряжение снижается до 380 или 660 В. От УТП по бронированным кабелям электроэнергия подается к распределительному подземному пункту (РПП), находящемуся, как правило, на откаточном штреке под лавой, а от РПП по гибким резиновым кабелям электроэнергия подается ко всем забойным машинам и механизмам напряжением не выше 220 В. Пневматическая энергия (энергия сжатого воздуха) используется на шахтах особоопасных по пыле-газовому режиму (прежде всего на шахтах, разрабатывающих крутопадающие пласты угля). В этих условиях сжатый воздух используют как энергоноситель при работе отбойных и бурильных молотков, лебедок, комбайнов, погрузочных машин, пневматических насосов и вентиляторов и т. п. Для получения сжатого воздуха служат стационарные и передвижные машины, называемые компрессорами. От компрессоров сжатый воздух под давлением 0,5 – 0,8 МПа подается к машинам и механизмам по воздухопроводной сети, состоящей из стальных трубопроводов (по стволу, капитальным и подготовительным выработкам) и гибким резиновым шлангам (к очистным и подготовительным забоям). 6.4 Шахтный водоотлив Земная кора вместе с полезными ископаемыми вмещает водоносные горные породы. В процессе ведения горных работ по вскрытию, подготовке и разработке месторождения в горные выработки поступает вода из этих пород. По трещинам, образующимся в массиве горных пород, в горные выработки проникают не только подземные воды, но и поверхностные. Вода также поступает из старых затопленных выработок и выработанного пространства. С притоком воды в шахту усложняется ведение горных работ. Кроме того, вода ухудшает санитарно-гигиенические условия работы шахтеров. Поэтому главной задачей шахтного водоотлива является выдача подземных вод на поверхность по мере их притока в шахту. Для условий Донбасса нормальный приток воды в шахту составляет 100 – 150 м3/ч. Поступающая в шахту вода откачивается на поверхность шахтными водоотливными установками: главными и вспомогательными. Главная водоотливная установка (рис. 6.7) предназначена для откачки всего притока воды из шахты на поверхность. Если глубина шахты больше величины напора, создаваемого одним насосом, то используют последовательные или много-

85

ступенчатые схемы водоотлива. Вспомогательные водоотливные установки откачивают воду с отдельных горизонтов в водосборники главного водоотлива. К водосборнику главного водоотлива вода поступает по водоотливным канавкам или по нагнетательным ставам вспомогательных водоотливов. Как правило, водосборник состоит из двух вырабо-

Рис. 6.7 Принципиальная схема главной водоотливной установки 1 – водосборник; 2 – всасывающий патрубок насоса; 3 – насос; 4 – водотрубный ходок; 5 – нагнетательный став ток ( ветвей). Емкость каждой из них рассчитана на 8 – 10 часовой приток воды. В одну ветвь водосборника поступают шахтные воды, в другой же в это время вода отстаивается от содержащихся в ней твердых частиц. Периодически роли ветвей водосборника меняются. После очистки вода поступает в приемный колодец, а из него насосом откачивается на поверхность. В насосной камере, расположенной выше водосборника, устанавливаются три насоса, один из которых – рабочий (производит откачку воды), второй – резервный, а третий находится в профилактическом ремонте. Для исключения опасности затопления насосной камеры в случае внезапного прорыва подземных вод, пол ее делают на 0,5 м выше почвы всех других выработок околоствольного двора. Трубопроводы нагнетательных насосов укладывают по наклонному водотрубному ходку, соединяющему насосную камеру с клетьевым стволом, и далее по стволу до шахтной поверхности. Наклонный ходок проводится под углом 25-300. Он выходит в ствол на высоте не менее 7 м от уровня пола насосной камеры и служит запасным выходом в случае затопления околоствольного двора.

86

Насосная камера, кроме того, соединяется с околоствольным двором горизонтальной выработкой, служащей для доставки, монтажа и демонтажа оборудования в камере. Для изоляции насосной камеры на горизонтальной выработке устанавливаются металлические двери. 6.5 Освещение, связь, сигнализация В шахтах используется освещение от электрической сети и переносными светильниками. Освещение от электросети можно разделить на стационарное, полустационарное и местное. Стационарным освещением оборудуются капитальные выработки околоствольного двора, камеры, квершлаги, бремсберги и уклоны, ходки при них. Оно функционирует на протяжении всего срока службы выработки. Полустационарное освещение, в отличие от стационарного, переносится по мере подвигания очистного или подготовительного забоя. Местное освещение устанавливается в виде фар на движущихся машинах – комбайнах, электровозах, погрузочных машинах. Оно предназначено для обеспечения освещения пространства около рабочего места. Для освещения от сети используют светильники с лампами накаливания и люминисцентными лампами. В шахтах применяют светильники трех видов исполнения: в нормальном исполнении (РН) – для шахт не опасных по газу и пыли, повышенной надежности (РП) – для использования на свежей струе в шахтах, опасных по газу и пыли и взрывобезопасные (РВ) – для использования в остальных выработках шахт, опасных по газу и пыли. Переносные светильники бывают двух типов: головные и ручные. Источником энергии для них являются аккумуляторы. Фара головного светильника закрепляется на каске шахтера. Лампочка в фаре питается через электрический кабель от герметичного аккумулятора, закрепленного на брючном поясе шахтера. Телефонная связь в шахте является основным техническим средством руководства производственными процессами и важнейшим средством обеспечения безопасности работ. Телефонные аппараты устанавливают на всех эксплуатационных участках, главных пунктах откатки, во всех электромашинных камерах и зданиях, в центральной электроподстанции, около ствола, на складе ВМ, в здравпункте. Кроме того, шахтный подъем обеспечивается обособленной от остальной сети телефонной связью, которая позволяет вести переговоры между стволовым, рукоятчиком и машинистом подъемной машины. Таким образом, каждый находящийся в шахте имеет возможность, при производственной необходимости или возникновении нестандартной ситуации, позвонить телефонистке или шахтному диспетчеру. Важнейшим техническим фактором оперативного руководства горными работами является рудничная сигнализация. Она координирует работу

87

обслуживающего персонала, своевременно оповещает о ненормальностях в работе и неисправности отдельных агрегатов, позволяет предотвратить аварии и тем самым способствует повышению безопасности труда. В шахтах используют следующие виды сигнализации: производственная – для обслуживания подъемных установок и конвейерных линий, транспортная – для локомотивного транспорта и диспетчерская, которая контролирует работу отдельных машин и пылегазовый режим в шахте. Кроме сигнальной информации, в горных выработках широко применяются единые в отрасли указательные, предупреждающие и запрещающие знаки. 6.6 Маркшейдерское обеспечение Маркшейдерские службы шахт или стройуправлений призваны следить за тем, чтобы горные выработки сооружались в полном соответствии с техническим проектом, т. е. должны быть обеспечены проектное размещение выработки в пространстве, контроль ее размеров, правильность возведения крепи. Направление горной выработки в горизонтальной плоскости задается и контролируется теодолитом по маркшейдерским точкам (вывешиваются отвесы), а в вертикальной плоскости нивелиром при угле наклона выработки до 5о и теодолитом при большем угле наклона (на крепи отмечаются реперные точки). Систематический контроль фактического направления выработки (с использованием маркшейдерских точек и реперов) осуществляется техническим руководством участка, на котором проходится горная выработка. В промежутках между маркшейдерскими замерами проходчики перед разметкой шпуров на забое по отвесам из маркшейдерских точек наносят вертикальную ось поперечного сечения горной выработки, относительно которой ведут разметку шпуров. Для этого используют рулетки, шаблоны и другие инструменты. Для выдерживания направления горной выработки при ее проведении также используются световые и лазерные указатели направления УНС и ЛУН-3. По мере проведения горных выработок производится их маркшейдерская съемка и нивелировка, по результатам которых составляют план и профиль выработки. Маркшейдерская служба занимается также учетом запасов угля, добытого на участке шахтного поля.

88

6.7 Обогащение угля Обогащение угля - это совокупность технологических процессов таких, как отделение балластных и вредных примесей, сортирование угля на классы по крупности и разделение на сорта в соответствии с требованиями основных потребителей. Минеральные вещества, содержащиеся в добытом угле, в зависимости от возможности их удаления при обогащении можно разделить на две группы: - рассредоточенные по всей массе угля мельчайшие минеральные частицы и соли, которые крепко связаны с органическими веществами угля и их невозможно отделить существующими методами механического обогащения; - образования в виде обломков кусков глин, песчаников, известняков, а также вмещающих пласт угля пород, которые попали в уголь при добыче; эти включения могут быть частично или полностью извлечены из угля при его обогащении. Вследствие обогащения угля получают концентрат и породу (отходы). Иногда при обогащении может возникнуть необходимость получения третьего продукта, который по ценности является промежуточным между концентратом и породой (промпродукт). Его используют как котельное топливо или подвергают повторному обогащению. 6.8 Охрана труда и техника безопасности Горные работы в значительной степени отличаются от производственных условий работы предприятий любой другой области ввиду того, что: - в шахтах отсутствует дневной свет; - в выработках выделяются вредные газы; - искусственное проветривание рабочих мест; - стесненность рабочего пространства; - постоянная подвижность рабочего места; - постоянно меняющиеся горно-геологические условия; - горючие газы и угольная пыль в смеси с воздухом образуют взрывчатые системы; - в глубоких шахтах имеют место выбросы угля, газа и песчаников. Все это объективно создает дополнительные предпосылки для возникновения аварий и предъявляет высокие требования к мероприятиям направленным на обеспечение безопасности горного производства. Существующий в настоящее время безопасный порядок ведения горных работ предусматривает следующее:

89

А) все работники, поступающие на шахту, проходят предварительно изучение техники безопасности и промышленной санитарии в учебном пункте шахты с обязательной сдачей экзамена специальной комиссии, возглавляемой главным инженером шахты; Б) каждому работнику шахты, в том числе и ИТР, присваивается личный (табельный) номер и выдаются три жетона с этим номером (на спуск в шахту, на выезд из шахты и на получение индивидуального светильника); В) перед спуском в шахту работник получает задание (наряд) на выполнение работ и инструктаж по технике безопасности; Г) за каждым работником закрепляются индивидуальный светильник и самоспасатель, спуск в шахту без которых запрещается; Д) на каждой шахте должны быть не менее 2-х отдельных выходов на поверхность, оборудованных для перевозки или передвижения людей; Е) из очистного забоя должно быть не менее 2-х ничем не загроможденных выхода; Ж) все подземные горные выработки должны быть закреплены в соответствии с паспортом крепления; З) для работы в очистных и подготовительных забоях на шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, допускаются работники, имеющие стаж работы по специальности не менее 1 года, прошедшие в учебном пункте шахты специальную подготовку; И) все подземные работники должны знать правила оказания первой медицинской помощи и иметь при себе индивидуальные перевязочные пакеты; К) для каждой действующей, реконструируемой или строящейся шахты должен быть составлен план ликвидации аварий (ПЛА); он должен включать в себя мероприятия, которые осуществляются немедленно при возникновении любой возможной аварии. План должен предусматривать: - мероприятия по спасению людей, застигнутых аварией в шахте; - мероприятия по ликвидации аварий в начальной стадии их возникновения, а также действия ИТР и рабочих при возникновении аварии; - действия работников военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ). При изменении схемы расположения выработок в результате ведения горных работ в ПЛА вносятся изменения не позднее чем на следующий день. Запрещается допуск к работе рабочих, не ознакомленных с ПЛА и не знающих его в части относящейся к месту их работы. При возникновении аварии на участке их работы рабочие обязаны: - выполнять распоряжения технического надзора; - при взрыве метана или угольной пыли необходимо всем, застигнутым взрывом, включиться в самоспасатели и кратчайшим пу-

90

тем направиться в выработки со свежей вентиляционной струей и далее – на поверхность; - если при пожаре или взрыве выход из аварийного участка невозможен (завал, очаг пожара на пути отхода), то необходимо оставаться в месте, предусмотренном ПЛА до прибытия ВГСЧБ, огородившись перемычкой из подсобных материалов. Контрольные вопросы и задания 1. Из каких основных компонентов состоит шахтный воздух? 2. Перечислите категории шахт по выделению метана. 3. Какие схемы и средства применяются для проветривания шахт и горных выработок. 4. Какие схемы и средства применяются для шахтного водоотлива? 5. Перечислите виды транспорта по горизонтальным выработкам. 6. Перечислите виды транспорта по наклонным выработкам. 7. Что такое шахтный подъем и какие применяются средства подъема грузов и людей на поверхность? 8. Какие виды энергии используют в шахтах? 9. Какие виды освещения применяются в шахтах? 10. Виды связи и сигнализации в шахтах. 11. Укажите назначение маркшейдерской службы на шахте. 12. Что входит в задачу маркшейдерской службы на шахте? 13. Что является продуктом обогащения? 14. Что такое план ликвидации аварии?

91

7. Основные понятия о разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом Открытый способ разработки, как правило, применяют при залегании полезного ископаемого на глубине не более 8 мощностей угольного пласта или рудного тела. По сравнению с подземной разработкой открытый способ имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести большую безопасность работ и лучшие санитарно-гигиенические условия труда рабочих; возможность широкого применения высокопроизводительных машин и механизмов и вследствие этого получение более высокой производительности труда рабочих, обеспечивающую низкую себестоимость работ; меньшие потери полезного ископаемого при его добыче; более простую организацию работ. К недостаткам следует отнести некоторую зависимость работ от климатических условий; значительные капитальные затраты в случае необходимости предварительного удаления большого количества пород, покрывающих полезное ископаемое; большие затраты на восстановление (рекультивацию) поверхности земли после окончания разработки. Как отмечалось ранее, добычу полезного ископаемого открытым способом ведут в карьерах 7.1 Основные элементы карьера Под термином карьер понимают совокупность открытых горных выработок, служащих для разработки полезного ископаемого открытым способом. В угольной промышленности термину «карьер» соответствует термин «разрез». Месторождение (или часть его), разрабатываемое карьером, называют карьерным полем. Оно разделяется в процессе разработки на горизонтальные слои (рис. 7.1). Каждый вышележащий слой отрабатывается с опережением по отношению к нижележащему. В результате этого, слои приобретают ступенчатую (уступную) форму. Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами выемки и транспорта, называют уступом (I).

92

Рис. 7.1 Принципиальная схема разреза (карьера) І – уступ; α - угол откоса; Н – высота уступа; m – мощность пласта; 1 – верхняя площадка уступа; 2 – нижняя площадка уступа; 3 – откос; 4 – верхняя бровка уступа; 5 – нижняя бровка уступа; 6 – забой уступа; 7 – рабочие площадки уступа; 8 – нерабочие площадки уступа. Как видно из рис. 7.1, основными элементами уступа являются: верхняя и нижняя площадки, откос, угол откоса уступа и забой уступа. Площадки уступа ограничивают уступ по высоте. Откос уступа - это наклонная (иногда вертикальная) плоскость, отделяющая уступ от выработанного пространства. Под углом откоса уступа понимают угол, образуемый откосом уступа и горизонтальной плоскостью. Линии пересечения откоса уступа с верхней и нижней площадками называют соответственно верхней и нижней бровками уступа. Расстояние по вертикали между верхней и нижней площадками называют высотой уступа. Она выбирается с учетом физических свойств разрабатываемых пород и применяемого при этом оборудования. Принимаемая величина угла откоса определяется устойчивостью пород и изменяется в широких пределах – от 40 до 80º. Часть уступа по длине,

93

подготовленная для разработки называется фронтом уступа. Суммарная протяженность фронта работы уступов составляет фронт работы карьера. Площадки уступа, на которых располагается выемочное оборудование (буровое, добычное, транспортное) называют рабочими площадками. В отличие от них нерабочие площадки оставляются с целью повышения устойчивости бортов карьера. Поверхность уступа, являющаяся объектом горных работ и перемещающаяся в результате этих работ, называют забоем уступа. Как правило, им является торец уступа. В результате перемещения забоя уступа производится отработка горных пород в виде полос, называемых заходками. Часть заходки по длине, разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки и погрузки, называют блоком. Боковые поверхности, ограничивающие карьер называют бортами карьера. Борт, на котором ведутся горные работы, называют рабочим. Борт, на котором работы не производятся – нерабочим. Нижнюю, обычно горизонтальную поверхность, называют дном карьера. 7.2 Вскрытие и отработка карьерного поля При разработке полезных ископаемых открытым способом наряду с полезным ископаемым приходится извлекать большое количество пустых пород их прикрывающих. Процесс извлечения полезного ископаемого называют добычными работами, а удаление пустых пород – вскрышными. Вскрышные работы начинаются с проведением на вскрываемый горизонт въездной траншеи, которая представляет собой наклонную канавообразную открытую горную выработку (рис. 7.2) .

Рис. 7.2 Параметры въездной траншеи Основные параметры въездной траншеи (длина, ширина по низу, уклон. угол откоса бортов) зависят от глубины вскрываемого горизонта, физико-механических свойств пород, применяемого проходческого оборудова-

94

ния. Длинна траншеи L, максимальная глубина H и уклон i (tg α ) связаны отношением: L=

H , tgα

(7.1)

где α - угол наклона дна траншеи к горизонтальной плоскости. Уклон определяется видом транспорта и среднее значение его находиться в следующих пределах: - для железнодорожного транспорта i =0,025 – 0,040; - для авто транспорта i = 0,06 – 0,20; - для конвейерного транспорта i = 0,25 – 0,33 Минимальная ширина траншеи В также зависит от вида транспорта и составляет для ж/д транспорта 8-16 м, для автотранспорта 6-14 м. Для подготовки горизонта к добыче или вскрышным работам проходят разрезную траншею, являющуюся продолжением въездной траншеи. Разрезная траншея не имеет уклона. Ширина разрезной траншеи принимается из условия размещения в ней взорванной массы при последующей отработке одного из бортов карьера (обычно 20 – 25 м). Добычные или вскрышные работы начинаются отработкой одного или обоих бортов разрезной траншеи отдельными полосками – заходками. В общем процессе добычных и вскрышных работ выделяются следующие производственные операции: отбойка (выемка), погрузка, транспортирование и отвалообразование горной массы. Отбойка может производиться взрывным или механическим способами. При взрывном способе вдоль заходки (параллельно фронту уступа) буровыми станками бурят один или несколько рядов скважин, как правило, вертикальных, заряжают их и взрывают с помощью детонирующего шнура. При механическом способе отбойки используются ковшевые или роторные экскаваторы. Погрузка осуществляется экскаваторами. В мягких породах операции отбойка и погрузка совмещены. Участок заходки, отведенный для отработки одним экскаватором, называют блоком. Транспортирование полезного ископаемого на обогатительную фабрику, а пустых пород в отвал может осуществляться различными видами транспорта – автомобильным, рельсовым и конвейерным. Отвалообразование заключается в размещении пустых пород в специально отведенные для этих целей места. При автомобильном транспорте процесс отвалообразования состоит из разгрузки автосамосвала на отвале и складирования пустой породы под откос бульдозером.

95

Контрольные вопросы и задания 1. 2. 3. 4.

Назовите сущность открытого способа добычи угля. Вскрытие карьерного поля. Укажите основные этапы ведения открытых горных работ. Перечислите основные элементы карьера (разреза).

96

8 Строительство подземных сооружений Горное дело включает в себя все виды воздействия человека на земную кору. Значительный объем горных работ выполняется при строительстве подземных сооружений, не связанных с извлечением из недр земли полезных ископаемых. Более 4 тысяч лет человек строит такие сооружения: вначале тоннели различного назначения и другие подземные объекты, а с XIX века - метрополитены. Как показывает мировой опыт, объемы работ по строительству подземных сооружений в перспективе будет возрастать. Это объясняется тем, что при нынешнем уровне развития горнопроходческой техники и стоимости земельных участков в густонаселенных районах, целый ряд крупных объектов (электростанции, нефтехранилища, заводы, кинотеатры, гаражи, спортзалы и т. п.) целесообразно размещать в подземном пространстве. При таком решении вопроса капитальные затраты на строительство сокращаются в 1,2 – 1,5 раза, а эксплуатационные – в 1,5 – 1,8 раза. 8.1 Общая характеристика подземных сооружений К подземным сооружением относят: а) транспортные тоннели – железнодорожные, автомобильные, пешеходные и другие. б) подземные линии метрополитенов. Их располагают на глубине от 5 до50 и более метров от поверхности земли. Комплекс метрополитена состоит из транспортных тоннелей, станций, стволов (вертикальных и наклонных) и поверхностных зданий и сооружений. в) городские коллекторные тоннели. Они подразделяются на: - специализированные тоннели, предназначенные для отвода канализационных и промышленных стоков, дождевых и талых вод, малых рек; - тоннели общего назначения, в которых размещаются трубопроводы различного назначения – теплофикации, водоснабжения, газопроводы, для прокладки кабелей электроснабжения, связи и т. п. г) подземные емкости и хранилища – для хранения газа, нефти, газового конденсата и продуктов их переработки. д) подземные гидроэлектростанции, сооружаемые в гористой местности. Подземная ГЭС включает в себя сложный комплекс горных выработок (рис. 8.1).

97

е) подземные атомные электростанции, которые обеспечивают более высокую степень защиты персонала, населения и окружающей территории. Такая электростанция работает в штате Невада (США) на глубине 135 м – два энергоблока по1000 МВт каждый.

Рис. 8.1 Принципиальная схема подземной гидроэлектростанции 1 – водоподводящий тоннель; 2 – уровнительная шахта (ствол); 3 – камера дисковых затворов; 4 – машинный зал; 5 – водоотводящий тоннель ж) объекты городской урбанистики. В настоящее время является общепризнанным, что крупные города не могут уже расти вширь и ввысь - они должны расти также и вглубь. Накопленный опыт в области подземной урбанистики рекомендует следующее распределение подземных объектов по глубине: - до 4 м – подземные переходы с учреждениями попутного обслуживания, автостоянки, местные инженерные сети, сборные коллекторы, тоннели движущихся тротуаров и конвейеров; - 4 – 10 м – транспортные развязки, транспортные тоннели мелкого заложения, автостоянки, гаражи, крупные склады, хранилища; - 10 – 25 м – тоннели и станции метрополитена, пересадочные узлы, магистральные канализационные коллекторы и водостоки, гаражистоянки, транспортные тоннели; - 25 – 40 м – транспортные тоннели глубокого заложения, пересадочные узлы, гаражи-стоянки. з) подземные сооружения специального назначения.

98

К ним относят лечебные учреждения (соляные шахты), подземные заводы, учреждения гражданской обороны, убежища для морских судов, комплексы межконтинентальных ракет и др. Подземные сооружения используют также в качестве складов и хранилищ продовольственных продуктов, медикаментов и других товаров. Нестандартным примером подземного сооружения является разработанный кафедрой строительства шахт и подземных сооружений ДонГТУ эскизный проект глубинного захоронения аварийного реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС. 8.2 Способы строительства подземных сооружений В зависимости от места расположения тоннелей, глубины их заложения и инженерно-геологических условий применяют следующие способы их сооружения: горный, щитовой, открытый. Строительство транспортных тоннелей в скальных и полускальных породах осуществляется преимущественно горном способом с применением буровзрывных работ или тоннеле-проходческих комплексов. При буровзрывной технологии применяют буровые установки, позволяющие бурить шпуры по большой площади поперечного сечения горной выработки. Для погрузки породы применяют породопогрузочные машины высокой производительности. Тоннеле-проходческий комплекс «Рибинс» (США) применялся при сооружении 50-ти километрового тоннеля под проливом «Ла-Манш». Комплекс массой 1100 т имел длину 260 м и обеспечивал подвигание забоя тоннеля до 1000 м/мес. при длине заходки 1,4 м. После выемки породы на длину заходки монтировались в кольцо 5 железобетонных сегментовидных элементов массой по 8 т каждый. Выемка породы производилась механическим способом исполнительным органом, оснащенным вольфрамовыми резцами. При проведении тоннелей в слабых неустойчивых породах применяют щитовой способ. Проходческий щит (рис. 8.2) – это передвижная металлическая крепь, под защитой которой производят выемку породы по всей площади забоя сооружаемого тоннеля и одновременно возводят сборную крепь. Для передвижения щита используют домкраты , которые упираясь в ранее установленные кольца крепи через опорное кольцо . По мере выемки породы щит перемещают в направлении забоя тоннеля. Разработку породы в забое выполняют отбойными молотками, буровзрывным способом или механическим способом с применением различных исполнительных органов.

99

Рис. 8.2 Схема щитового способа сооружения тоннелей 1 – проходческий щит; 2 – опорное кольцо; 3 – домкраты; 4 – кольца крепи При строительстве тоннелей мелкого заложения применяют открытые способы – котлованный или траншейный. Выемку грунта производят экскаватором. Затем возводят стены и перекрытие. Сверху перекрытие засыпают грунтом до уровня земной поверхности. При строительстве сравнительно коротких участков тоннелей мелкого заложения под насыпями железных и автомобильных дорог, дамбами применяют способ продавливания – протаскивание секций крепи через насыпь под усилиями гидродомкратов или натягиванием лебедкой стальных канатов. При строительстве подводных тоннелей используют способ опускных секций. В этом случае отдельные закрытые по торцам секции (плети) длиной до 150 м возводят на берегу, по воде их доставляют на трассу тоннеля и погружают на дно заранее разработанной траншеи. Метрополитен сооружают подземным или открытым способом. Технология сооружения транспортных тоннелей, вертикальных и наклонных стволов аналогична ранее рассмотренным (железнодорожные тоннели, наклонные и вертикальные стволы шахт). При сооружении станций метрополитена в первую очередь осуществляют разработку сводчатой части станции и сооружают крепь свода (обделку).В дальнейшем разрабатывают основную часть и возводят стены станции. Городские коллекторные тоннели сооружают открытым или горным способами. В последнем случае учитывается то, что сооружение их ведется в условиях городской застройки, когда недопустим выпуск породы за контур тоннеля. При сооружении этих тоннелей обязательно применение проходческих щитов. Подземные газонефтехранилища по способу сооружения делят на три типа: сооружаемые горным способом, сооружаемые в отложениях каменной соли и создаваемые мощными подземными взрывами.

100

Технология сооружения в первом случае аналогична технологии при сооружений станций метрополитена. Во втором случае при сооружении используют метод выщелачивания, суть которого заключается в следующем. В начале с поверхности земли бурят вертикальные скважины диаметром 200 – 500 мм до глубины подошвы соляных отложений. Затем, в одну из скважин подается вода, которая растворяет соль и по другой скважине выходит на поверхность. После откачки рассола под землей образуется полость для хранилища. В третьем случае подземная полость создается взрыванием прострелочных зарядов, а затем и основных зарядов, взрывом которых создаются сферические полости. Технология сооружения подземных атомных и гидроэлектростанций аналогична технологии строительства станций метрополитенов. Контрольные вопросы и задания 1. Что такое метрополитен? 2. Какие бывают виды подземных сооружений? 3. Рекомендуемое распределение подземных сооружений по глубине. 4. Технология строительства подземных сооружений.

101

9 Основы проектирования строительства горных предприятий 9.1 Требования, предъявляемые к проектной документации Составление и оформление проектной документации должно выполняться в соответствии с действующими нормами – стандартом. В общем случае объектом стандартизации могут быть конкретная продукция, нормы, методы и термины, имеющие перспективу многократного применения, используемые в науке, технике, промышленности и других отраслях народного хозяйства, а также в торговле. Идея стандартизации зародилась очень давно. Так, например, в Индии около 2000 лет назад были стандартизованы меры веса, размеры кирпича, металлические орудия, украшения и др. В период Французской революции создана метрическая система мер длины, веса и стоимости. Удобство единообразия стало настолько очевидным, что к метрической системе, получившей международное признание, постепенно перешли все страны мира. Возникновение промышленной стандартизации в России, а, следовательно и на Украине, относят к началу XVIII века, когда был опубликован ряд указов Петра I о стандартизации в области вооружения и судостроения. В этих указах предписывалось «обеспечивать взаимозаменяемость и проводить ресурсные испытания». В настоящее время при проектировании руководствуются Государственным стандартом Украины «Документация. Отчеты в сфере науки и техники. Структура и правила оформления», который соответствует международному стандарту 3906.1982. Студенческие работы относятся к научным, поэтому стандарт применяется и для составления и оформления дипломных проектов, курсовых проектов и работ, расчетно-графических работ, отчетов по практикам и т. п. Причем, стандарт необходимо применять как при оформлении пояснительной записки, так и графической части указанных работ. В библиотеке ДонГТУ, в кабинетах проектирования имеются соответствующие методические указания. 9.2 Порядок проектирования строительства горных предприятий Заказчиком проекта горного предприятия является отдел капитального строительства отраслевого министерства или производственного объединения. По их заказу генеральная проектная организация (например, «ДонГИПРОШахт») разрабатывает технико-экономическое обоснование проекта (ТЭО) – предпроектный документ, включающий в себя следующие разделы: - исходные положения;

102

- обоснование потребности народного хозяйства в продукции предприятия и проектной мощности; - обеспечение предприятия материалами, электроэнергией, топливом, водой; - основные технические решения; - основные строительные решения; - экономика строительства и производства; - выводы и предложения. В случае утверждения ТЭО заказчик выдает генеральному проектировщику задание на проектирование нового или реконструкцию действующего предприятия. В случае строительства и ввода в эксплуатацию предприятия очередями, задание на проектирование составляется на первую очередь и на полное развитие. На основании проектного задания генеральный проектировщик приступает к разработке технического проекта горного предприятия, который состоит из двух частей: технологической части проекта эксплуатации и проекта организации строительства. Технологическая часть проекта эксплуатации (ТП) должна аргументировано ответить на вопросы: сколько полезного ископаемого и с помощью каких способов и средств его добывать на данном предприятии. В ТП горного предприятия решаются следующие основные вопросы: - границы и промышленные запасы шахтного поля; - мощность, срок службы и режим работы предприятия; - способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтного поля; - схема и режим проветривания горных выработок; - технология добычи полезного ископаемого, механизация очистных и подготовительных работ; - схемы и средства транспорта в шахте и на поверхности. Проект организации строительства предприятия (ПОС) разрабатывается в целях обеспечения своевременного ввода в действие производственных мощностей с наименьшими затратами. Помимо ПОС, составляются необходимые проекты производства работ (ППР), которые разрабатываются в целях наиболее эффективных методов выполнения строительномонтажных работ. ПОС горного предприятия включает в себя 6 частей: а) разработка схемы и очередности строительства предприятия; б) подготовительный период; в) технология сооружения стволов; г) технология строительства предприятия во втором периоде; д) технология строительства зданий и сооружений на поверхности; е) технико-экономические показатели строительства.

103

Исходными данными для каждой части ПОС являются проектные решения ТП и проектные решения предыдущих частей ПОС. К пояснительной записке ПОС прилагается его графическая часть. ППР предусматривают детальную разработку технологии строительства крупных и сложных объектов или комплексов (сооружение башенного копра, ствола шахты, комплекса камер скипового ствола и т. п.). Говоря в целом о техническом проекте следует отметить, что он после составления должен быть подвержен независимой экспертизе. Техникоэкономические показатели и сводная смета технического проекта не должны быть ухудшены по сравнению с ТЭО. В работе над проектом используются специалисты-проектировщики разных специальностей – горные технологи, горные инженеры-строители, горные электромеханики, маркшейдера, геологи, строители, экономисты, системотехники и другие. Группы этих специалистов выполняют различные части проекта. Для координации их работы по каждому проекту назначается главный инженер проекта (ГИП), который несет ответственность в целом за проект. Законченный проект генеральный проектировщик передает представителю заказчика – его дирекции строящихся предприятий, которая в свою очередь один экземпляр проекта передает в генподрядную строительную организацию для выполнения работ. В составе проектных организаций очень широко представлены выпускники специальности «шахтное и подземное строительство», многие из них занимают должности главных инженеров проектов. Подробно вопросы проектирования строительства горных предприятий изучаются в 9-м семестре. К этому времени в основном заканчивается изучение учебных дисциплин, формирующих студента как специалиста, будут пройдены им производственные практики. Все это позволит ему четко представлять себе технико-экономические условия эффективного функционирования и строительства горного предприятия. Контрольные вопросы и задания 1. Перечислите основные требования, предъявляемые к проектной документации. 2. Назовите порядок проектирования строительства горных предприятий. 3. Какие основные вопросы решаются в техническом проекте (ТП)? 4. Перечислите составные части проекта организации строительства предприятия (ПОС). 5. Перечислите функции главного инженера проекта (ГИП)

104

10. Реконструкция, консервация и закрытие шахт Срок существования шахты устанавливается технико-экономическим расчетом, который зависит от обеспеченности соответствующими запасами полезного ископаемого, вида добываемого сырья, производственной мощности предприятия и других факторов. Обычно этот срок составляет 15...40 лет. Минимальные сроки существования шахты 15...20 лет. Максимальные сроки 100 лет и более (в редких случаях), но обычно 40...50 лет у крупных угольных, сланцевых, а также рудных шахт. Например, в городе Макеевке в 1997 г. свое 40-летие отметило крупнейшее предприятие ГХК «Макеевуголь» - шахта имени Бажанова, а в 1998 г. свое 100-летие – шахта «Красногвардейская». Одна из старейших в стране является шахта имени Ильича (бывший Кадиевский рудник № 1) (г.Стаханов, Луганская обл.) – построена в 1896 г. При значительных запасах полезного ископаемого, определяющих длительную службу шахты, на предприятии производится реконструкция или техническое перевооружение. В случае изменения горно-геологических, гидро-геологических или технико-экономических условий разработки месторождения может производиться консервация шахты, а после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспектив их прироста – ликвидация (закрытие) шахты. Консервацией (полной или частичной) горнодобывающего предприятия называется временная остановка горных и других, связанных с ними, работ с обязательным сохранением возможности приведения основных горных выработок и сооружений в состояние, пригодное для их эксплуатации или использования для других нужд народного хозяйства, например в качестве газовых резервуаров. Донецкие угли – основное национальное энергетическое богатство. Стратегическое направление реструктуризации шахт – это сделать шахту многофункциональным экологически уравновешенным производством, которое бы вырабатывало сырье – уголь, метан, опресненную воду, редкоземельные элементы и ценные компоненты из пород и отходов углепереработки (например, наполнители строительных материалов). Однако реструктуризация отрасли должна сопровождаться неизбежным закрытием шахт. Закрытие выработавших свой срок шахт – это нормальный процесс оздоровления угольной промышленности, действующей во всех горнодобывающих странах мира. Например, в г.Бохуме (Германия) – побратиме Донецка – о бывших шахтах напоминают лишь шкивы с копров, выставленные на специальных пьедесталах с надписями, повествующими, что на этом месте когда-то была такая-то шахта. Однако по многим причинам мероприятия по ликвидации шахт в Украине многие десятилетия практически не проводились. Поэтому

105

специальным постановлением Кабинета Министров предусматривается закрытие в Украине, по существу в аварийном порядке, начиная с 1998 г. более 80 из 276 действующих шахт, в т.ч. 38 в Донецкой области. Ликвидация шахт ведется в соответствии с утвержденными министерством проектами, выполненными Донгипрошахтом, Луганскгипрошахтом, Днепрогипрошахтом, Донуглепроектом, с соблюдением требований «Инструкции о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче полезных ископаемых» (1985 г.). Реализацию уже готовых решений осуществляет компания «Укруглереструктуризация» начиная с 1998 г. она ведет работы по ликвидации 26 конкретных шахт. Общая сметная стоимость работ по ликвидации одной шахты по проектам обходится в среднем 62 млн. грн. Самые дорогие шахты им. газеты «Правда» - 134, «Брянская» (вместе с шахтой «Дзержинская») – 139, им. Ильича – 99, «Панфиловская» - 89, «Ремовская» - 86 млн. грн. Задачи, возникающие при закрытии (ликвидации) шахт, носят комплексный характер. Главная задача заключается в надежной изоляции входов и выходов в горные выработки от возможного проникновения в них людей, т.к. атмосфера таких выработок не пригодна для дыхания и может быть даже взрывоопасной. Технологические схемы ликвидации выработок, имеющих выход на земную поверхность, заключаются в следующем. Вертикальные (шахтные стволы, шурфы, скважины) горные выработки и наклонные шахтные стволы с углом не менее 450, должны полностью засыпаться негорючими материалами с последующим тампонажем цементно-песчаным раствором с устройством на сопряжениях в околоствольных дворах железобетонных полков или перемычек, используя негорючий материал крупных фракций (бутовый камень, строительный бой, кирпич от разборки зданий и др.). Устья ликвидированных наклонных (угол наклона менее 450) и горизонтальных горных выработок должны быть закрыты кирпичными, каменными или бетонными перемычками. В проектах предусматривается полное заполнение (забутовка) вентиляционных каналов, подземных переходов от быткомбинатов до надшахтных зданий, тоннелей породных комплексов, сооружений, имеющих надежное крепление (железобетонное, шлакоблочное, каменное, кирпичная кладка). При этом устья ликвидированных выработок, имеющих выход на поверхность, не реже одного раза в год, осматриваются специальными комиссиями с оформлением соответствующего акта. Среди других технических задач, которые необходимо решать при закрытии шахт являются задачи по предотвращению затопления в результате перетоков воды еще действующих шахт и выработок, а также предотвращение выходов шахтной воды и метана на поверхность. Значительные масштабы этих явлений обусловлены тем, что в настоящее время шахты Донбасса

106

имеют между собой аэродинамическую и гидравлическую связь, т.е. по существу представляют собой единую горно-геологическую систему – Донбасс является одной из крупнейших техногенно-геологических систем. Последствия этого могут быть серьезные. Например, в связи с самоизливом воды на поверхность из шахта им. Тюленина произошло подтопление около 18 га территории г.Краснодона. Аналогичная проблема складывается по шахтам «Замковская», «Брянковская», им. Ильича, «Центральная-Ирмино», которые имеют между собой гидравлическую связь. Вырывающийся на поверхность после закрытия шахты газ метан начинает добираться до подвалов жилых помещений, в строящиеся и эксплуатируемые подземные сооружения, где создает опасные ситуации из-за взрыва метановоздушной смеси. В проектах на ликвидацию предприятий институтами для решения этих задач предлагается строительство водоотливных комплексов на соседних шахтах, горизонтальных дренажных систем, монтаж погруженных насосов во вспомогательных стволах, бурение дегазационных скважин, причем метан, выделяющийся на поверхность, предполагается утилизовать как топливо. Наконец, при закрытии шахт решаются задачи по обеспечению экологической безопасности (прежде всего это относится к породным отвалам), созданию новых рабочих мест и строительству жилья. Согласно проектам, горящие отвалы, по крайней мере в городской черте, должны быть потушены, а негорящие необходимо понизить до 40 м или полностью разобрать и вывезти; часть совершенно безопасных отвалов подлежит озеленять. Ученые предлагают на террасах из упрочненных пород отвалов размещать ветроэлектростанции. Необходимо всегда учитывать, что за закрытием каждой шахты – тысячи, а то и десятки тысяч людских судеб, оставленных на произвол в своих ветхих, обреченных на гибель шахтерских поселках, с закрытыми детскими садами, клубами. Поэтому на создание новых рабочих мест проектами намечается израсходовать 27,7% всех затрат на ликвидацию. Например, проектом закрытия шахты им. газеты «Правда» предусматривается создать производства, которые должны выпускать 19 наименований продукций и услуг: обработка и разлив молока; мука; хлебобулочные и макаронные изделия; колбасные изделия; мороженое; безалкогольные напитки, минеральная вода; карбид кальция; полиэтиленовая пленка и полипропиленовая упаковка; техническое обслуживание легковых автомобилей; заправка автомобилей; кемпинги; подсолнечное масло; соленые овощи, квашеная капуста; грибы, лукзелень; плодоовощные консервы; кирпич гиперпрессованный из породы террикона; гиперпрессованные щитовые и погонажные изделия; техническое обслуживание и ремонт тракторов и сельхозтехники; дом быта. Аналогичное просматривается по ликвидируемым шахтам «Светлопольская», «Красный Октябрь», «Селидовская», «Брянковская» и др.

107

Контрольные вопросы и задания. 1. Что такое консервация шахты? 2. В каких случаях шахта подлежит ликвидации? 3. Перечислите основные задачи, которые возникают при ликвидации шахты. 4. Как ликвидируются вертикальные горные выработки, имеющие выход на земную поверхность? 5. Какие последствия выхода шахтной воды и метана на поверхность? Как они решаются в проекте на закрытие? 6. Как решаются задачи экологической безопасности при ликвидации шахт? 7. Перечислите социальные аспекты закрытия шахт.

108

Список рекомендованной литературы 1. Правила безпеки у вугільних шахтах. – К.: Основа, 1996. – 121 с. 2. Единые правила безопасности при взрывных работах. – К.: Норматив, 1992. – 171 с. 3. Шевцов Н.Р. Взрывозащита горных выработок при их строительстве (конспект лекций): Учебное пособие. – Донецк: Новый мир. 1998. – 329 с. 4. Савенко Ю.В. Введение в специальность горного инженера: Учеб. пособие для вузов. – Киев – Донецк: Вища школа, 1980. – 132 с. 5. Попов В.Л. Основы горного дела: Учеб. для учащихся профтехучилищ и рабочих на производстве. – М.: Недра, 1990. – 219 с. 6. Панкратьева М.Д., Соловей Ю.М. Основы строительного дела: Учеб. для техникумов. – М.: Стройиздат, 1982. – 288 с. 7. Александров В.Е., Шевцов Н.Р., Вайнштейн Б.И. Безопасность взрывных работ в угольных шахтах. – М.: Недра, 1986. – 150 с. 8. Основи технології гірничних робіт: Навч. Посібник /За ред. К.Ф. Сапицького. – К.: ІСДО, 1993. – 196 с. 9. Гузеев А.Г., Гудзь А.Г., Пономаренко А.К. Технология строительства горных предприятий: Учебник для вузов. – К. – Донецк: Вища школа, 1986. – 392 с. 10. Гузеев А.Г. Проектирование строительства горных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1972. – 231 с. 11. Наукова технічна бібліотека ДонДТУ; методичні матеріали до користування бібліотекою: до 75-річчя бібліотеки. Укладач Шергинева Л.О. Донецьк: ДонДТУ, 1995 – 19 с. 12. Сапицкий К.Ф. Сказание о солнечном камне. Донецк: Донбасс, 1978. – 191 с.

109

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ Основы специальности (учебное пособие) (для студентов специальности 7.090303 «Шахтное и подземное строительство»).

Составители: Шевцов Николай Романович Миндюков Юрий Иванович