книги из ГПНТБ / Ляхов Г.М. Основы разработки угольных месторождений подземным способом учебник

основы

РАЗРАБОТКИ

УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ

ПОДЗЕМНЫМ

СПОСОБОМ

Одобрено Ученым советом Государственного комитета Совета Министров СССР по про­ фессионально-техническому образованию в качестве учебника для средних профессио­ нально-технических учебных заведений

МОСКВА «НЕДРА» 197 t

БЗЕДЕКИЕ

Угольная промышленность занимает одно из ведущих мест в народном хозяйстве СССР. Уголь применяется в большинст­ ве отраслей народного хозяйства. Развитие химии, металлургии, энергетики зависит от обеспечения их углем. Уголь в Советском Союзе широко используется и для коммунально-бытовых нужд. В химической промышленности уголь является исходным техно­ логическим сырьем при получении таких продуктов как взрыв­ чатые вещества, удобрения для сельского хозяйства, искусст­ венные красители, лекарственные вещества, капрон и др.

В металлургическом производстве широко применяется кокс, получаемый из коксующихся углей путем обработки их в кок­ совых печах. При получении кокса вырабатывается свыше 350 химических продуктов. Эти продукты являются, в свою оче­ редь, исходным сырьем для ряда важнейших отраслей народ­ ного хозяйства.

В 1940 г. было добыто 165,9 млн. т угля. В результате широ­ кого применения комплексной механизации основных производ­

«В угольной промышленности довести добычу угля в 1975 го­ ду до 685—695 млн. тонн. Завершить в основном техническое перевооружение предприятий на основе комплексной механиза­ ции и автоматизации производственных процессов, а также переход на узкозахватную выемку угля в шахтах, повысить к концу пятилетки удельный вес добычи угля на пластах пологого и наклонного падения с применением выемочных комплексов и механизированных крепей не менее чем до 60% общей добычи его.

Опережающими темпами развивать добычу угля открытым способом, довести в 1975 г. удельный вес добычи угля этим спо­ собом в общей добыче до 30%.

Повысить производительность труда в угольной промышлен­ ности примерно в 1,4 раза».

Во всех основных угольных бассейнах СССР созданы науч­ но-исследовательские институты, коллективы научных работни­ ков которых сделали большой вклад в производство, внедрили

3

Глава I КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОЛОГИИ •

§ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Строение Земли. Всю Землю можно представить схематиче­ ски построенной из отдельных концентрических оболочек или сфер, из которых внутренняя, или ядро Земли, нам известна ме­ нее всех остальных. Вследствие значительной плотности она по­ лучила название барисферы в отличие от более легкой и доступ­ ной нашему исследованию земной коры, называемой литосфе­ рой. Водная оболочка называется гидросферой, воздушная — атмосферой и, наконец, совокупность организмов, населяющих Землю, составляет биосферу.

Твердая масса Земли, т. е. барисфера и литосфера, составля­ ет 93%, гидросфера — около 8% и атмосфера—только 0,03% массы всего комплекса земного тела.

Толщина литосферы колеблется от 30 до 80 км на материках и от 10 до 17 км под океанами и морями.

Горные породы. Земная кора сложена из горных пород, кото­ рые могут быть разделены на коренные породы и наносы.

Коренными породами называются такие, которые залегают на месте своего первоначального образования. Наносы же обра­ зовались в результате разрушения коренных пород, отдельные частицы которых после этого могли оставаться на месте или переноситься поверхностными водами или ветрами на новое место, где они откладывались, образуя более или менее рыхлые породы.

Коренные породы по своему происхождению делятся на из­ верженные, осадочные и метаморфические.

Изверженные породы (гранит, сиенит, диорит, базальт) об­ разовались при медленном остывании расплавленной магмы в глубине земной коры или на ее поверхности.

Осадочные породы (гравий, песок, галечник, известняк, гли­ ны, глинистые сланцы) образовались из продуктов разрушения ранее существовавших пород путем осаждения их под действи­ ем силы тяжести на дне водоемов.

Метаморфические породы образовались из изверженных или осадочных пород под воздействием высоких температур и дав-

5

ления, которому они подвергались при горообразовательных про­ цессах (мраморы, гнейсы, кристаллические сланцы и др.).

Горные породы, используемые человеком для различных це­ лей в естественном виде или после предварительной обработки,

называют полезными ископаемыми. Породы, вмещающие полез­ ное ископаемое или находящиеся в его толще, называют пусты­ ми породами. Это понятие является относительным—одна и та же порода в разных условиях может быть полезным ископа­ емым или пустой породой. Так, например, известняк, встреча­ ющийся при разработке пластов угля, считается пустой породой, в другом случае, при специальной добыче его для нужд метал­ лургической промышленности (флюсы), он считается полезным ископаемым.

Каменный уголь (включая бурый уголь и антрацит) является осадочной горной породой. Он образовался из остатков расте­ ний, произраставших десятки и сотни миллионов лет назад. Скопление остатков растений происходило в водоемах (озерах, заливах), где они покрывались отложениями песка, глины и других осадочных пород. В результате процессов обуглерожи­ вания (при затрудненном доступе кислорода) и уплотнения под действием веса покрывающих пород из остатков растения обра­ зовался уголь.

Кроме углерода, обладающего способностью гореть и при горении выделять тепло и являющегося основной составной частью угля, последний содержит кислород, водород, азот, а также фосфор, серу, золу, и воду. Сера, фосфор, влага и зо­ ла — вредные примеси в угле, так как они понижают его ка­ чество.

Золой называют всю сумму минеральных негорючих приме­ сей в каменном угле. Процентное содержание золы в каменном угле колеблется от 2 до 45%. Кроме уменьшения теплотворной способности угля, зола осложняет работу котельных установок в связи с большим количеством получающихся после сгорания угля шлаков. Зола также резко снижает качество выжигаемого из угля кокса, поэтому необходимо при добыче угля стремить­ ся к снижению его зольности.

Одной из причин повышения содержания золы в угле явля­ ется загрязнение его пустой породой. Поэтому для снижения со­ держания золы необходимо по возможности отбирать, отделять от добытого угля породу.

§2. СОРТА И МАРКИ УГЛЕЙ

Взависимости от содержания углерода и других составных частей ископаемые угли делят на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли содержат сложные по составу гуминовые кис­ лоты. Органическая масса бурых углей характеризуется отно­ сительно невысоким содержанием углерода (65—78%). Содер­

б

жание водорода и азота в органической массе составляет соот­ ветственно 4,5—5,5 и 0,5—1,5%. Для бурых углей характерно высокое содержание влаги, они нестойки по отношению к высо­ ким температурам, дают высокий выход летучих веществ и неспекшийся нелетучий остаток.

Каменные угли не содержат гуминовых кислот. В органиче­ ской массе этих углей содержание углерода составляет 78—95%, водорода 3,5—5,5, азота 1—3%. Выход летучих веществ из раз­ личных каменных углей колеблется в широких пределах (9— 45%). Каменные угли обладают спекающимися свойствами,т.е. способностью зерен измельченного угля давать при нагревании более или менее связанный нелетучий остаток.

Антрациты содержат в органической массе более 95% угле­ рода, 1—2,5 водорода и не более 1% азота. Выход летучих ве­ ществ в них менее 9%, твердый нелетучий остаток всегда неспекшийся. По внешнему виду антрациты легко отличить от ка­ менных углей: они имеют блестящую поверхность и раковистый излом кусков. Антрациты значительно тверже каменных углей.

Характеристика различных марок каменного угля Донбасса приведена в табл. 1.

Требования промышленности к качеству углей разрабаты­ ваемых бассейнов и месторождений установлены ГОСТами с учетом различного направления их использования.

§ 3. ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ ПЛАСТОВ УГЛЯ

Ископаемый уголь залегает обычно в форме пластов. Тол­ щину пласта, определяемую по кратчайшему расстоянию (пер­ пендикуляру) между почвой и кровлей, называют его мощно­

нах (Кузбасс) встречаются пласты мощностью 15—20 м и бо­ лее.

7

Разработка угольных месторождений в настоящее время ха­ рактеризуется средней глубиной 350 м, средней вынимаемой мощностью пласта 1,41 м.

Различают общую и полезную мощность пласта. Общей на­ зывают всю мощность пласта, включая породные прослойки, ес­ ли они имеются. Полезной считается только мощность угля без прослойков.

Направление линии пересечения плоскости пласта с гори­ зонтальной плоскостью называют простиранием пласта. Линия

плоскости пласта и перпендику­ лярная линии простирания.

Все пласты в период своего образования отлагались почти горизонтально. В дальнейшем, при смятии земной коры под

влиянием горообразующнх процессов, положение пластов в про­ странстве изменялось.

Угол, который образует пласт с горизонтальной плоскостью, называют углом падения. Он образуется между линией падения

иее проекцией на горизонтальную плоскость.

Взависимости от величины угла падения различают пла­ сты: горизонтальные, пологие с углом падения до 25°, наклон­

песчанистых сланцев, песчаников и известняков.

Породу, лежащую под пластом угля (подстилающую пласт), называют почвой пласта. Породу, лежащую над пластом (по­ крывающую пласт), называют кровлей пласта. У крутых пла­ стов почву часто называют лежачим боком, а кровлю — вися­ чим боком.

В практике горного дела кровлю угольного пласта подраз­ деляют на непосредственную и основную. Под первой подразу­ мевают толщу горных пород, залегающих непосредственно над пластом угля. Под второй подразумевают толщу горных пород, залегающих над непосредственной кровлей. Если непосредствен­ ная кровля не имеет прочного контакта с вышележащими по­ родами, она легко обрушается после выемки угольного пласта. Такую кровлю называют ложной.

8

Вследствие своей неустойчивости ложная кровля осложняет работы в лаве и может стать причиной несчастных случаев. Это обстоятельство обязывает принимать меры к своевременному и надежному ее закреплению или принудительному обрушению вслед за выемкой угля до посадки непосредственной кровли.

§4. НАРУШЕНИЯ В ЗАЛЕГАНИИ ПЛАСТОВ УГЛЯ

ИБОКОВЫХ ПОРОД

Врезультате перемещения земной коры в залегании уголь­ ных пластов и боковых пород возникали разнообразные нару­ шения, называемые геологическими.

Нарушения эти по времени своего происхождения бывают двоякого рода: происшедшие во время образования пласта и

происшедшие в пласте после его образования.

К нарушениям первого рода относят: выклинивание пласта,

т. е. постепенное уменьшение его мощности иногда до полного исчезновения; вздутие пласта, т. е. резкое увеличение его мощ­ ности на определенном участке.

К нарушениям второго рода относят: сдвиг, т. е. разрыв пла­ ста и перемещение части его в горизонтальном или близком к

(замка).

Если складка обращена вершиной вниз (вогнутая складка),

ее называют синклиналью. Нижнюю часть синклинали называ­ ют мульдой (замком). Боковые части тех и других складок на­ зывают крыльями.

§ 5. УГОЛЬНЫЕ БАССЕЙНЫ СССР

Под угольным бассейном подразумевают район непрерывно­ го залегания угленосных отложений (Донецкий, Кузнецкий, Ка­ рагандинский, Силезский, Рурский и др.). По типу углей раз­ личают каменноугольные и буроугольные бассейны. Угольные бассейны называют открытыми, когда все угленосные отложе­

э