Основні поняття з геології Види корисних копалин. Фази утворення вугілля.

Синоніміка вугільних пластів. Фізико-механічні властивості

гірських порід та їх класифікація

Мінеральні ресурси людство бере з твердої зовнішньої оболонки Землі, що має назву – земна кора. Потужність її коливається від 5…10 км в океанах до 70…80 км на материках.

До складу земної кори надходить більш 300 хімічних елементів та їх ізотопів. На 8 із них приходиться близько 99% речовини земної кори: кисень 47%, кремній 29,5%, алюміній – 8,05%, залізо – 4,65%, кальцій – 2,96%, натрій – 2,5%, калій – 2,5%, магній – 1,87%. Більшість елементів міститься в земній корі в тисячних та мільйонних частках відсотка, наприклад, мідь – 0,0047%, олово – 0,0025%, срібло – 0,000007%, золото - 0,00000043%.

Хімічні елементи рідко знаходяться в земній корі у вільному вигляді. За звичай, вони вступають у різні хімічні реакції та утворюють стійкі хімічні сполуки, що носять назву мінерали (від латинського “мінера” – руда). Кожен із мінералів, а їх описано біля 3-х тис., характеризується постійними властивостями та ознаками.

В природі мінерали зустрічаються в найрізноманітніших фор­мах. Слід зазначити, що поодинокі кристали (монокристали) спостерігаються порівняно рідко. Найчастіше трапляються зростки кристалів. Вони поділяют ься на закономірні й незакономірні (або мінеральні агрегати). Прикладом закономірних зростків можуть служити двійники, що утворю­ються внаслідок зростання (чи проростання) двох кристалів і характерні для гіпсу, так званий “ластівчин хвіст” (рис. 1.1). Двій­ники, що утворені зростанням кіль­кох кристалів, називаються полі­синтетичними, вони типові для польових шпатів.

Мінеральні агрегати поділяються на кристалічні, зернисті, зем­листі, щільні, форми заповнення порожнин, натічні форми, ден­дрити, псевдоморфози (рис. 1.2).

Серед кристалічних агрегатів виділяються друзи і щітки. Дру­зи — скупчення кристалів на спільній основі. Наприклад, друзи гірського кришталю, аметисту й ін. Щітки — зростки дрібних кри­сталів на спільній основі.

Зернисті агрегати — це скупчення одного чи кількох міне­ралів. Вони бувають моно - або полімінеральні. Залежно від розміру зерен виділяються грубо -, середньо - й дрібнозернисті різновиди. Наприклад, граніт, діорит, сієніт тощо.

Землисті агрегати — пухкі мучнисті маси приховано-кристалічної структури.

Кристалики в них розрізняються лише за допо­могою мікроскопа. Вони легко розтираються руками. Прикладом можуть служити такі мінерали, як каолін, лимоніт, піролюзит тощо.

До форм заповнення порожнин належать конкреції й секреції.

Конкреції або сфероліти — це сферичні чи більш-менш округлі тіла, часто з радіально-променистою будовою всередині. Харак­терні для марказиту, фосфориту. Дрібні конкреції зі шкара­лупчастою будовою називаються оолітами. Вони типові для деяких вапняків, бурого залізняка.

4

Для проведення скатів площею поперечного переріза 7,6— 13,8 м² з кутом нахилу 40—90⁰ зверху вниз створений комплекс КС-4. Він складається з навантажувальної машини, прохідницької судини місткістю 0,8 м³, лебідок 1ЛГКН і ЛГК-3, вантажопідйомного устаткування й перекидного пристрою. Застосування комплексу цілком ліквідує ручну працю з навантаження гірської маси й підвищує швидкість проведення виробок у 2— 2,5 рази.

Технологія проведення печей. По призначенню печі розділяють на розрізні, транспортні й вентиляційні, що служать відповідно для нарізки лав, транспортування вугілля й вентиляції. Проводять печі звичайно прямокутної форми шириною 2—5 м найчастіше знизу нагору по пласту вугілля без підривки бічних порід. Печі кріплять дерев'яними або металевими стояками, що встановлюють під дерев'яні або металеві верхняки. Відстань між рамками 0,7—1 м. Іноді застосовують анкерне й рамне кріплення. Печі круглої форми поперечного перерізу, проведені по міцному вугіллю, при невеликому терміну служби не кріплять.

Печі проводять буровибуховим способом, нарізними комбайнами, відбійними молотками, із застосуванням гідромеханізації.

Проведення печей буровибуховим способом знизу нагору на газових шахтах дозволяється після того, як попередньо пробурена свердловина на всю довжину виробки для провітрювання вибою печі загальношахтним струменем повітря, а при використанні ВР VI класу без свердловини.

Шпури бурять ручними свердлами на глибину 1,5—2,5 м. Число шпурів приймають з розрахунку 2—2,5 на 1 м² площі вибою. У залежності від потужності пласта їх розташовують в один, два й більше ряди. Застосовують віяловий або прямий крокуючий вруб і електричний спосіб підривання при суворому дотриманні Єдиних правил безпеки при підривних роботах.

Печі провітрюють вентиляторами місцевого провітрювання, що подають повітря у вибій по вентиляційному трубопроводі.

Підірване вугілля вантажать вручну на скребковий конвеєр, транспортують на головну виробку. Іноді використовують скреперні установки (при кутах нахилу до 20—25⁰), нерухомі металеві рештаки (25—35⁰), під дією ваги (більше 35⁰) по підошві виробки.

Технологія проведення печей відбійними молотками аналогічна проведенню буровибуховим способом. Відмінність полягає лише у відбійці (руйнуванні) вугілля.

Для механізації проведення печей на пластах потужністю 0,7—1,6 м з кутом залягання до 18⁰ у шахтах, небезпечних за газом або пилу, створений нарізний комплекс КН-78. Комплекс складається з комбайна, перевантажувача й механізму подачі.

Застосування комплексів КН-78 дозволить зменшити обсяг проведення печей за допомогою буровибухових робіт і відбійних молотків, знизити трудомісткість робіт, збільшити швидкість проведення виробок, підвищити безпеку праці робітників.

Для механізації робіт на викидонебезпечних пластах з кутом залягання 45—90⁰ знизу нагору застосовують нарізні машини МРС-2, що підвішують на канаті, пропущеному через попередньо пробурену свердловину діаметром не менше 170 мм. Машина МРС-2 забезпечує перетин 1,19х0,5 м на пластах потужністю 0,55—1,2 м. Розширення й кріплення печі здійснюють зверху вниз з полку, підвішеного до каната лебідки, встановленої на вентиляційному штреку. Продуктивність нарізних машин до 100 м/зміну.

101

Постійне кріплення зводять з відставанням від вибою не більше ніж на 3 м. Одночасно площа поперечного перерізу скату поділяють на два-три відділення, з яких одне-два (вантажні) служать для спуску вугілля й породи й одне (ходове) —для пересування людей при ремонті скату або пропуску застряглих шматків вугілля (породи).

При трьох відділеннях ходове влаштовують посередині (рис. 8.13).

Ходове відділення від вугле- і породоспускного відшивають дошками, влаштовуючи не більше ніж через кожні 5 м, оглядові вікна розміром 20х20 см, що закриваються засувками, для пропуску застряглого вугілля (породи). Для зменшення тертя при кутах нахилу скатів 25—30⁰ підошву й боки вантажних відділень обшивають сталевими листами або настилають рештаки. Для регулярного пересування людей паралельно вантажним скатам проводять допоміжні.

Скати проводять буровибуховим способом, відбійними мо-

лотками, буровими машинами найчастіше знизу нагору, тому що при цьому відпадає необхідність навантаження вугілля (породи) і водовідливу. Технологія робіт з відбійки вугілля (породи) буро-вибуховим способом і відбійними молотками аналогічна проведенню печей.

Шпури по вугіллю й породі з f < 4 бурять ручними пневмо- або електросвердлами, а при f > 5—переносними або телескопними перфораторами.

Вугілля (порода), відбите за допомогою буровибухових робіт або відбійних молотків, скачується в люк скату, відкіля його вантажать у вагонетки, що стоять на відкотному штреку.

Провітрювання скатів (підняттєвих) здійснюють вентиляторами місцевого провітрювання, встановлюваними в штреку. Вентиляційний трубопровід звичайно не доходить до відбійного полку приблизно на 1 м, що збільшує час на провітрювання після підривних робіт.

Кріпильні матеріали у вибій скату доставляють у волокушах (скіпах) по вантажному відділенню за допомогою лебідки, що розташовувана на штреку.

При проведенні скатів буровибуховим способом робітники знаходяться в зоні порушеного масиву гірських порід і в умовах стиснутого робочого простору. Проведення підняттєвих виробок дуже трудомістко й дорого. Обсяги ж проведення таких виробок у вугільній промисловості великі. У зв'язку з цим необхідно буровибуховий спосіб заміняти більш прогресивним - бурінням свердловин великого діаметра.

Для проведення польових скатів (гезенків) діаметром 1 м знизу нагору в породах з f < 10 і довжиною до 100 м застосовують бурову машину “Стріла-77”, що виготовляють із пневмо- чи електроприводом. Машину обслуговують два чоловіки. Продуктивність праці в 3—4 рази вище, ніж при буровибуховому способі.

На викидонебезпечних пластах з кутом залягання 45—90⁰ схили знизу нагору можна проводити нарізними машинами МРС-2. Отриману виробку до проектних розмірів скату розширюють зверху вниз або знизу нагору за допомогою відбійних молотків або буровибухових робіт.

100

Секреції утворюються при заповненні мінералами порожнин у породі. При цьому в них часто буває концентрична будова, що відображає стадійність мінералоутворення. Великі секреції називаються жеодами, дрібні – мигдалинами.

Дендрити – деревоподібні, плоскі, у вигляді плівки агрегати, що утворюється на стінках, тріщинах порід чи мінералів. Типовий приклад – дендрити льоду на вікнах у мороз; характерні також для оксидів марганцю, заліза, самородних золота й срібла.

В печерах часто зустрічаються натічні форми мінеральних агрегатів – сталактити й сталагміти. Вони утворюються при повільному стіканні розчинів, що швидко кристалізуються. Сталактити ростуть зверху вниз, сталагміти – назустріч їм, наростаючи на дні порожнини, і часто зливаються зі сталактитами у колоноподібні утворення. Найвідоміші сталактити – бурульки льоду на дахах будинків. Вони характерні для кальциту.

Інколи в природі зустрічаються мінеральні утворення. Не властиві за формою певному мінералу. Це псевдоморфози. Наприклад, унаслідок окислення кристал піриту (FeS₂) може бути повністю заміщений лимонітом (Fe₂O₃ nH₂O). При цьому зберігається форма знаходження у природі попереднього мінералу – куб, не характерна для лимоніту, що утворює землисті маси, ооліти.

Гірськими породами називаються агрегати мінералів постійного складу, які утворюють самостійні геологічні тіла певної форми, що складають земну кору. Гірські породи поділяються на мономінеральні, що складаються з одного мінералу, і полімінеральні — з кількох мінералів. За походженням гірські породи бувають магма­тичні, осадові й метаморфічні.

Магматичні гірські породи утворюються при охолодженні та кристалізації магми у товщі земної кори або при охолодженні й за­стиганні лави на земній поверхні. Різниця в умовах формування зумовлює утворення різних за будовою порід — у першому випадку інтрузивних, у другому — ефузивних. Під будовою магматичних порід розуміють їх структуру й текстуру. Структура породи визначається її внутрішніми особливостями, тобто розмірами зерен мінералів, їх формою й співвідношеннями між ними. Текстура — зовнішні ознаки породи, зумовлені взаємним розміщенням її скла­дових частин і способом заповнення простору.

Структури інтрузивних порід визначаються умовами їх утво­рення (повільне застигання й кристалізація магми при підвищених температурах і тисках) і найчастіше бувають рівномірно-зернистими та нерівномірно-зернистими. Серед останніх виділяються породи крупнозернисті (розмір зерен мінералів від 1 до 0,3 см),

5

середньо­зернисті (0,3...0,1 см), дрібнозернисті (0,1...0,05 см), тонкозернисті (менше 0,05 см). Найпоширенішими текстурами інтрузивних порід є масивна й щільна, для яких характерне щільне прилягання мінералів один до одного, відсутність будь-якої орієнтації у їх розміщенні.

У кожній інтрузивній породі є її ефузивний аналог, тобто по­рода тотожна за хімічним і мінералогічним складом і відмінна від неї лише структурою й текстурою. Останні визначаються швидким застиганням магми на поверхні Землі чи на невеликій глибині. Для ефузивних порід характерні такі структури як порфірова (на фоні однорідної нерозкристалізованої основної маси виділяються окремі зерна мінералів), афанітова (порода складається з дрібних зерен мінералів, що не розрізняються неозброєним оком) і склувата (ви­никає при швидкому застиганні лави, подібна до скла).

Типовими текстурами ефузивних порід є пориста (характеризу­ється наявністю пор і виникає при швидкому застиганні лави, з якої видаляються газоподібні продукти), мигдалекам'яна (утворю­ється тоді, коли пори чи порожнини в породі заповнюються вто­ринними мінералами), флюїдальна (виділяються чітко виражені сліди течії лавового потоку) тощо.

Виверження вулканів часто супроводжуються потужними вибу­хами, що призводить до утворення уламкового матеріалу. При його подальшому ущільненні й цементації формуються породи із улам­ково-пористою структурою.

До складу магматичних порід входять породоутворюючі мінера­ли, що є основною масою даної породи, та акцесорні, які містяться в ній у незначних кількостях. Головними породоутворюючими мінералами є польові шпати (ортоклаз, мікроклін тощо), кварц, рогова обманка, олівін, піроксени, амфіболи, слюди. Як акцесорні найчастіше наявні апатит, хроміт, магнетит, циркон, ільменіт тощо.

Усі магматичні породи за вмістом кремнекислоти розподіляються на кислі, середні та ультраосновні.

Кислі породи характеризуються світлим забарвленням через переважання у них польових шпатів і кварцу. Найпоширенішими породами цієї групи є граніт і його ефузивний аналог – ліпарит.

Середні породи як і кислі характеризуються в основному світлим забарвленням. До цієї групи порід належать пари діорит-андезит і сієніт-трахіт.

Основні породи через значну кількість у них темноколірних мінералів відрізняються темним забарвленням габро, базальт, лабродорит).

Ультраосновні породи репрезентовані переважно інтрузивними відмінами. Темнозабарвлені. Найпоширенішими серед них є перидотит і дуніт.

Осадові гірські породи. Приповерхневі товщі земної кори на 75% складаються із оса­дових гірських порід. Останні є продуктами фізичного й хімічного вивітрювання магматичних і метаморфічних порід й власне осадо­вих процесів. Деякі осадові породи утворюються з органічних ре­шток — скелетів, панцирів, черепашок тощо. Осадові породи фор­муються на дні океанів і морів, озер, боліт, річок, рідше на по­верхні суші. За місцем відкладання вони розподіляються на морські й континентальні, причому найпоширеніші з них перші. За умовами утворення й складом осадові породи бувають уламкові, глинисті, хемогенні й органогенні. Інколи виділяються та­кож породи змішаного походження: уламково-глинисті (суглинок, супісок, лесоподібний суглинок тощо), уламково-хемогенні (мергель), органогенно-хемогенні (вапняк, трепел).

Уламкові породи утворюються внаслідок накопичення про­дуктів механічного вивітрювання різноманітних гірських порід на поверхні Землі. Продукти при цьому або залишають­ся на місці утворення, або переносяться зовнішніми геологічними агентами (вітром, атмосферними водами, річками, льодовиками) у понижені ділянки

6

типу 2ПНБ2 до 18⁰ — 2ПНБ2у. При кутах нахилу більш 8⁰ машини обладнаються спеціальними пристосуваннями, що забезпечують їхній спуск і підйом. Схема проведення уклонів із застосуванням різних навантажувальних прохідницьких машин показана на рис. 8.12.

Транспортування гірської маси здійснюється тими ж засобами, що й при проведенні бремсбергів. Але частіше застосовують однокінцевий канатний підйом, при якому обмін вагонеток виконують на верхній прийомній площадці уклону або на тупикових розминках, що сприяє скороченню витрат часу на цей процес. Доставку матеріалів роблять у вагонетках, монорельсовими підвісними або нагрунтовими канатними дорогами.

Кріплення уклонів виконується так само, як і бремсбергів.

Наявність води у вибої уклону погіршує умови роботи, у результаті чого знижується продуктивність праці й швидкість проведення. Якщо вода виділяється і стікає по ґрунті всього уклону, то в ґрунті через кожні 10—15 м улаштовують поперечні канавки з ухилом убік подовжньої канавки, по якій вода направляється в перекачну камеру.

При припливі води у вибій до 3 м³/год її відкачують переносними насосами у вагонетку й видають разом з гірською масою. При великих припливах або при конвеєрному транспорті воду з вибою відкачують безпосередньо в канавку штреку або через перекачні проміжні станції. В останньому випадку вода, відкачувана забійним насосом, попадає у вагонетку, встановлену в перекачній камері, шлам осідає на дно, а прояснена вода з вагонетки переливається у водозбірник. У перекачних камерах установлюють насоси, роботу яких звичайно автоматизують.

Комбайнову технологію проведення уклонів застосовують при кутах нахилу до 10⁰ і міцності порід підривки до f = 4—6, використовуючи комбайни типу ГПКС, при кутах нахилу до 25⁰ — комбайни ГПКСН.

Технологія проведення похилих стволів в основному аналогічна проведенню уклонів із застосуванням тих же машин і механізмів. Відмінність полягає в тім, що їх проводять з поверхні землі й роботи починають із влаштування устя, тобто верхньої частини ствола. Для кріплення використовують металеве кріплення, збірний залізобетон або монолітний бетон.

Технологія проведення скатів. Скати призначені для спуску вугілля й породи самопливом (під дією ваги) з вентиляційних або проміжних штреків на відкотні при кутах залягання пластів більше 25⁰. У залежності від потужності пласта й пропускної здатності скатів їх проводять по вугіллю, вугіллю з присічкою породи й породі (польові скати).

Форму поперечного перерізу скатів приймають прямокутну (без підривки порід), трапецієподібну (з підривкою порід) або круглу (при застосуванні бурових машин). При куті нахилу 30—45⁰ скати кріплять повними рамами, а при куті нахилу більше 5⁰— вінцовим кріпленням зі зведенням через кожні 4—8 м опорних вінців.

99

При буровибуховій технології параметри БВР розраховують так само, як і при проведенні пластових штреків. Провітрювання вибоїв на шахтах не вище II категорії за метаном здійснюють за допомогою загальшахтної депресії з застосуванням на ділянках тупикових вибоїв вентиляторів місцевого провітрювання. На шахтах III категорії і вище кожне виробки провітрюється своїм вентилятором з обов'язковою його установкою на відкотному штреку.

Для навантаження гірської маси у вагонетки або на конвеєр при кутах нахилу до 8⁰ застосовують навантажувальні машини (типу 1ПНБ2), а при кутах нахилу до 22⁰ — скреперні установки УСП1М с навантаженням гірської маси на скребковий конвеєр. Транспортування вугілля й породи в залежності від кута нахилу виробки роблять скребковими й стрічковими (до 18⁰) конвеєрами, у вагонетках і скіпах. Конвеєрний транспорт забезпечує велику продуктивність і безперебійність у роботі в порівнянні з рейковим транспортом.

Стрічкові конвеєри використовують у сполученні з монорельсовими вантажолюдськими дорогами 2ДМД або нагрунтовними канатними дорогами ДКН. При рейковому транспорті лебідку встановлюють у камері на відкотному штреку, а блок — у вибою, закріплюючи його на розпірній стійці. Рейкові колії використовують також для доставки у вагонетках кріпильних і інших матеріалів і устаткування.

При проведенні бремсберга й хідника самостійними вибоями їх з'єднують збійками, призначеними для провітрювання й передачі вантажів з однієї виробки в іншу. Схема проведення бремсбергів і розміщення устаткування у вибої показана на рис. 8.11.

При кутах падіння пластів до 10⁰ і породах підривки з міцністю f < 4 застосовують прохідницькі комбайни типу ГПКС, а при f < 6 — комбайни 4ПП2М тощо.

Уклони найчастіше проводять вузьким вибоєм при однобічній підривці порід — звичайно порід ґрунту, зверху вниз, тому що вони призначені для підготовки нижчележачих горизонтів, на яких ще не ведуться гірничі роботи. Проведення здійснюється буровибуховим способом або з використанням комбайнів.

При проведенні уклонів із застосуванням БВР їхні параметри розраховують так само, як і при проведенні пластових штреків. Виїмку вугілля й породи ведуть роздільно, а при

кутах нахилу більше 15—20⁰ спільно, тому що зростають труднощі у веденні робіт в уступному вибої. Для буріння шпурів застосовують ручні електро- і пневмосвердли, перфоратори й бурильні установки типу БУАЗС при нахилі виробки не більше 8⁰. Для подачі свіжого повітря у вибій використовують вентилятори місцевого провітрювання типу ВМП, що встановлюють на свіжому струмені на відстані не менше 10 м від останньої збійки.

Для навантаження гірської маси у вагонетки або на конвеєр застосовують навантажувальні машини різних модифікацій у залежності від кута нахилу виробки. Так, при кутах нахилу до 10⁰ застосовують машини.

98

рельєфу і там перевідкладаються. Уламкові оса­дові породи класифікуються не за хімічним чи мінеральним скла­дом, а за розмірами й формою уламків, з яких складаються. Таким чином, уламкові породи з однією й тією самою назвою можуть ма­ти різний хімічний і мінеральний склад. Крім цього, уламкові оса­дові породи поділяються на зцементовані (щільні, компактні) й незцементовані (сипучі). Перші — уламковий матеріал, зцементо­ваний будь-якою речовиною (вапном, глиною, фосфатами, крем­неземом) у суцільну масу або ущільнений.

Так, кутасті уламки гірських порід різноманітні за складом, понад 100 мм у поперечнику, називаються брилами. Зцементовані брили — це брилова брекчія. Обкатані уламки розміром понад 100 м - валуни і, відповідно, зцементовані валуни — це валунний конгломерат. Кутасті уламки розміром 100…10 мм називаються ще­бенем, зцементований щебінь — це брекчія. Обкатані уламки гірських порід розміром 100…10 мм характерні, наприклад, для скелястих морських узбереж, називаються галькою. Зцементована галька — це вже конгломерат.

Глинисті породи на відміну від уламкових складаються не з уламків магматичних, метаморфічних і осадових порід, а із нових мінералів, утворених унаслідок хімічного вивітрювання. Розмір зе­рен глинистих мінералів — менший від 0,01 мм, тому мінеральний склад глин неможливо встановити візуально (діагностика можлива лише за допомогою барвників). Найпоширенішими мінералами глинистих порід є каолініт, монтморилоніт і гідрослюди. Найчас­тіше глинисті породи складаються із суміші багатьох глинистих мінералів. Каолінітові глини стають брудно-фіолетовими, гідрослюдисті — брудно-зеленими, монтморилонітові — грав'янисто-зеленими. Крім цього, каолінітові глини добре діагностують­ся за білим, сірувато-білим кольором, жирністю на дотик, слабким набуханням у воді. Монтморилонітові глини, як правило, сірі чи рожевуваті, навпаки, сильно набухають у воді, збільшуючись в об'ємі кілька разів. У табл. 9 наведено дві глинисті породи: незцементовану глину й зцементований аргіліт.

Хемогенні породи утворюються внаслідок випадання в осадок із пересичених розчинів, найчастіше в умовах засушливого клімату, а органогенні — це результат життєдіяльності організмів або скуп­чення решток відмерлих організмів. Породи цих груп пов'язані між собою взаємними переходами і часто є змішаними органогенно-хемогенними утвореннями (крейда, мергель і ін.). Їх звичайно кла­сифікують за хімічним складом. Виділяються карбонатні, креме­нисті, залізисті, марганцеві, галоїдні, сульфатні, глиноземисті, фосфатні осадові гірські породи й каустобіоліти.

Для структур осадових гірських порід єдиної класифікації не створено. Розрізняють окремо структури уламкових, хемо- і орга­ногенних порід.

Для уламкових порід характерні структури, що виділяються за розмірами переважаючих уламків: псефітова (грубоуламкова) — уламки понад 1 мм, псамітова (піщана) — уламки від 1 до 0,1 мм, алевритова (пилувата) — 0,1...0,01 мм, пелітова (глиниста) — мен­ше 0,01 мм.

Хемогенні породи мають переважно зернисті структури (крупно-, дрібнозернисті), а також оолітові (складаються з округлих утворень концентричної будови), приховано-кристалічні (окремі зерна непомітні неозброєним оком) і ін.

Для органогенних порід типові такі структури як біоморфна (у разі, якщо порода складається з добре збережених черепашок вимерлих організмів) і детритова (порода складається з уламків ор­ганічних решток різної величини).

Типовими для осадових порід є шаруваті текстури, серед яких виділяються горизонтально-шарувата, горизонтально-хвиляста, косошарувата і ін. Зустрічаються також такі текстури, як масивна, пориста, трубчаста тощо.

Метаморфічні породи утворюються у глибинних зонах земної кори із осадових чи магматичних порід унаслідок видозміни їх під дією високих температур і

7

тисків, а також хімічно активних розчинів і газів, що виділяються із магматичних осередків. Під впливом вказаних чинників відбувається часткова чи повна пере­кристалізація гірських порід із утворенням нових мінералів і струк­тур.

Серед мінералів метаморфічних порід розрізняються: а) утво­рені під час перекристалізації без суттєвої зміни складу (кварц, польові шпати, карбонати тощо); б) нові, що утворились внаслідок різноманітних метаморфічних процесів (гранат, епідот, хлорит, тальк, кальцит, магнетит, графіт тощо); в) реліктові, що лишились від первинних порід.

Структури метаморфічних порід найчастіше кристалічні чи кристалічно-зернисті, тобто подібні до тих, що спостерігаються у магматичних порід. Однак вони утворювались у процесі перекри­сталізації (бластезу) у твердому стані на відміну від магматичних, що формувались внаслідок кристалізації розплавів. Їх прийнято на­зивати кристалобластовими. Залежно від форми зерен серед кристалобластових структур виділяються: гранобластова (з переважан­ням зерен ізометричної форми), характерна для кварцитів, мар­мурів, роговиків; лепідобластова або луската (форма зерен плас­тинчаста, луската), типова для кристалічних сласланців; порфіроблас­това (з виділенням кристалів одного чи кількох мінералів на тлі основної маси породи), характерна для деяких сланців, і пойкілітова (з великою кількістю включень у зернах деяких мінералів польо­вих шпатів, рогової обманки тощо), типова для амфіболітів.

Особливо важливе значення для діагностики метаморфічних порід мають їх текстури. Найтиповішими є так звані орієнтовані текстури, виникнення яких пов'язується з дією орієнтованого тиску, при якому відбувається переорієнтація у породі голчастих і пластинчастих кристалів. До текстур цього типу належать: сланцю­вата (зумовлена взаємно паралельним розміщенням у породі міне­ральних зерен призматичної чи пластинчастої форми), гнейсова (крім паралельного розміщення плоских мінералів, спостерігається чергування смуг різного мінерального складу — у разі чергування смужок світлих і темнозабарвлених мінералів текстура стає сму­гастою), плойчаста (зі смугами мінералів, зібраних у дрібні склад­ки, гофрованими), очкова (коли овальні зерна мінералів оточені сланцюватими, плойчастими ділянками породи), волокниста (що складається з волокнистих чи голчастих мінералів, орієнтованих паралельно один до одного). Для метаморфічних порід характерні також масивні, щільні текстури.

До групи кристалічних сланців, тобто порід зі сланцюватою тексту­рою, включено: гнейси, слюдяний, хлоритовий і тальковий сла­нець, філіт. Група масивних порід, для якої характерні кристалічні структури й масивні текстури, репрезентована мармуром і кварци­том.

Кожна гірська порода утворює в земній корі об’ємне тіло у вигляді шару, пласта, лінзи, масиву, потоку та ін., має певний хімічний та мінеральний склад та специфічну внутрішню будову.

Гірські породи та мінеральні утворення (тверді, рідинні та газоподібні), що при даному стані техніки та технології можуть бути використані для потреб людини, називають корисними копалинами. Серед корисних копалин виділяють наступні групи:

 металічні (чи рудні), із яких вилучають метали чи сполуки металів;

 неметалічні (чи нерудні), що використовуються як готовий мінеральний

агрегат (наприклад, кам’яні будівельні матеріали, кам’яна сіль, гіпс), чи як сировина, із якої виділяють певні мінерали чи сполуки (наприклад, азбест, слюда та ін.);

 горючі корисні копалини, до яких відносять кам’яне вугілля, горючі сланці, торф, нафту, природний газ;

8

Для з'єднання косовика зі штреком 1 у розкосині періодично залишають незакладений породою простір шириною 2 м—косовикові хідники 4.

Проведення штреків широким вибоєм можливо як перед лави, так і слідом за лавою. У першому випадку забезпечується незалежність робіт у вибоях штреку й лави, а також розвідка пласта. В другому — вугільні вибої лави, виробки й розкосини поєднуються в один вибій, виїмку вугілля в якому роблять за допомогою очисного устаткування. Для механізації робіт із закладки породи в розкосину застосовують дробильно-закладну установку “Титан”, що працює на пластах потужністю від 0,8 до 1,5 м з кутами падіння від 8 до 25⁰. Штреки широким вибоєм проходять порівняно рідко на пластах потужністю 0,5—1,5 м при стійких породах покрівлі й терміну служби виробки до двох років.

Технологія проведення похилих виробок в основному аналогічна проведенню горизонтальних виробок і відрізняється лише ряд особливостей, що зумовлені їхнім похилим положенням у просторі. Похилі виробки проводять як зверху вниз, так і знизу нагору. У першому випадку основну увагу приділяють водовідливові, а в другому — провітрюванню, особливо в шахтах, небезпечних за газом.

У шахтах III категорії й вище ПБ забороняють застосовувати підривні роботи (з використанням ВР IV і V класів) при проведенні виробок знизу нагору без попередньо пробуреної свердловини, по якій повинен проходити струмінь повітря. На шахтах III категорії і понадкатегорних виїмку вугілля роблять відбійними молотками або буровибуховим способом, але з застосуванням ВР VI класу, а виїмку породи буровибуховим способом.

При кутах нахилу виробки більше 6—8⁰ ускладнюється використання бурильних установок, навантажувальних машин і прохідницьких комбайнів, використовуваних при проведенні горизонтальних виробок. У результаті зростає трудомісткість робіт з виїмки, навантаженню й транспортуванню гірської маси, знижується швидкість проведення виробок.

Для запобігання зсуву рейкової колії вниз у виробках з кутом нахилу до 10° на довжину однієї рейки кінці двох довгих шпал заводять за стояки кріплення або зміцнюють одними-двома парами штирів 7 довжиною 0,5—0,7 м, вставленими в пробурені в ґрунті шпури (рис. 8.10, а). У виробках з кутом нахилу 10—30⁰ шпали на 2/3 товщини укладають у поперечні канавки на баласт 2 висотою не менш 50 мм (рис. 8.10, б). При кутах більше 30⁰ шпали приєднують до елементів кріплення або кінці їх заводять у лунки, улаштовані в боках виробки.

Пересування людей у похилих виробках, обладнаних рейковим транспортом, забороняється. Для цього паралельно головної проводять один або два хідники перетином не менше 3,7 м², висотою — 1,8 м і більше.

Виробки, по яких дозволене пересування людей, повинні мати прохід шириною не менше 0,7 м і висотою не менше 1,8 м, а також обладнані в залежності від кута нахилу поручні (7—10⁰), трапами з поручнями (11—25⁰), сходами з поручнями (26—30⁰) і ін.

При потужності пласта менше 2 м бремсберги й хідники проводять з підривкою бічних порід. Підривка покрівлі переважніше при кріпленні аркової форми й неміцній породі. При міцній породі підривають ґрунт й застосовують кріплення трапецієподібної форми.

97

 вода – питна, технічна, мінеральна.

Родовище корисних копалин – природне скупчення корисної копалини, яке в кількісному та якісному відношенні може бути предметом промислової розробки. Зараз іноді розробляють відходи старих виробництв – відвали шлаків, золи, хвости збагачення, вміщуючі породи. Ці скупчення мінеральної сировини, що зроблені людиною, називають техногенними родовищами.

Тіло чи поклад корисної копалини – скупчення природної мінеральної сировини. Кожне тіло корисної копалини має три виміри в просторі. У залежності від співвідношення цих величин розрізнюють тіла ізометричні, плитоподібні та складної форми.

Ізометричні тіла мають приблизно однакові виміри в різних напрямках. Тіла незначних розмірів (сотні й тисячі квадратних метрів) називають штоком (штокоподібний поклад), малі, розміром не більше 1 м у перерізі – гніздом. Крупні масиви вивержених порід, що залягають серед осадових товщ у формі куполів, називають лаколітами (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Лаколіти: караваєподібні та лаколіт-крапля

Плитоподібними, що витягнуті переважно у двох напрямках при відносно малої потужності (пласти й пластоподібні поклади, рис. 1.4, 1.5).

Проміжними й перехідними між указаними формами є лінзи (рис. 1.5), жили (рис. 1.6, 1.7), сідловинні поклади, склади, перегіби, тектонічні порушення свити пластів тощо (рис.1.4, а, б, в, г, д, е, ж, з, і).

Лінза представляє собою немов би стиснуте ізометричне тіло, що має максимальну потужність в центрі. Лінзоподібну форму частіше мають рудні тіла поліметалічних, міднорудних, хромітових родовищ.

Рис. 1.4. Пластове залягання вугілля

Природне місцеве скупчення корисної копалини в товщі земної кори за кількістю, якістю й умов залягання, що придатне для промислової розробки, називається родовищем корисної копалини.

9

При підривці бічних порід шпури бурять або ручними електросвердлами ЕР14Д2М або колонковими ЕБГП1, установленими на навантажувальних машинах за допомогою маніпуляторів. Застосовують також електричні бурильні установки типу БУЕ1М. У породах з f > 8 використовують пневматичні бурильні установки.

Витрати ВР на 1 м³ породи в масиві визначають з урахуванням двох відкритих поверхонь вибою й приймають від 0,5 до 1,1 кг. Число шпурів визначають розрахунком або приймають за даними практики. Довжина шнурів по породі погоджується з довжиною шпурів по вугіллю. Підривання зарядів по породі допускається тільки після провітрювання й зрошення вибою, навантаження підірваного вугілля, виміру концентрації газу й інших мір безпеки.

Для навантаження гірської маси застосовують ті ж навантажувальні машини, що й при проведенні виробок по породі.

Кріплять штреки металевим, дерев'яним або змішаним кріпленням. Найчастіше застосовують металеве аркову податливе кріплення (рис. 8.3) зі спецпрофиля СВП: при потужності пласта до 1 м — триланкове (піддатливість до 0,3 м), при більшій потужності — п’ятиланкове (піддатливість до 0,7—1,0 м). Щільність кріплення приймають 1—2 рами на 1 м. Кріплення пластових штреків повинне мати більшу піддатливість, чим кріплення польових виробок, тому що воне знаходиться в зоні впливу очисних робіт. Висоту штреків при їхньому проведенні приймають на 30—40 % більше проектній.

Усі допоміжні процеси виконують так само, як і при проведенні виробок по однорідних породах. Для збільшення швидкості проведення необхідно сполучати в часі як окремі процеси прохідницького циклу, так і роботи з вугілля й породи.

При проведенні штреків широким вибоєм вугілля виймають і за межами поперечного перерізу виробки. При цьому утвориться вироблений простір для розміщення породи від підривки, так зване розкосиною (рис. 8.9).

Розкосина 2 з одного боку обмежена косовиком 3, призначеним для провітрювання вибою, доставки вугілля з розкосини й як запасний вихід для людей.

96

на поверхню, що завантажує підземний транспорт і підйом, негативно впливає на ріст видобутку вугілля й продуктивність праці. Порода на поверхні займає великі площі, а її відвали забруднюють продуктами горіння повітря поблизу шахт і населених пунктів.

До виробок, що проводяться у неоднорідних породах, відносяться штреки, коли потужність пласта істотно менше їхньої висоти. При цьому приходиться виймати не тільки вугілля, але і робити підривку бічних порід у межах контуру поперечного перерізу виробки. Підривка може бути нижньою, верхньою й двосторонньою (рис. 8.7).

Штреки можна проводити вузьким і широким вибоєм (рис.8.8). Сутність проведення штреків вузьким вибоєм полягає в тім, що вугілля виймають тільки в межах прикордонного перетину виробки, а породу, отриману від підривки, видають на поверхню. При цьому штреки можна проводити суцільним вибоєм (валова виїмка вугілля й породи) і складним вибоєм (роздільна виїмка вугілля й поро-

ди). Вибір способу проведення штреків залежить від потужності пласта, якісних характеристик вугілля.

Техніка, технологія й організація робіт із проведення штреків суцільним вибоєм аналогічні проведенню виробок в однорідних породах. Достоїнства цієї схеми: проста організація робіт, висока швидкість проведення; недоліки — додаткові втрати вугілля, особливо при видобутку коксівного вугілля. При проведенні штреків можуть застосовуватися як буровибуховя роботи, так і комбайнові комплекси.

Прохідницький цикл при проведенні штреків з роздільною виїмкою вугілля й породи включає наступні основні процеси: виїмку вугілля, підривку бічних порід, кріплення штреку. Виїмку вугілля роблять буровибуховим способом або вибурюванням, а при великий газовості пласта або слабких вміщуючих порід - відбійними молотками. Для буріння шпурів по м'якому і середній міцності вугіллю застосовують ручні електричні або пневматичні свердли; по міцному вугіллю — електросвердла з примусовою подачею.

Довжину шпурів визначають розрахунком або приймають 1,5—2,5 м. Витрати ВР на заходку, число шпурів і величину заряду також розраховують або приймають за даними практики 0,6—1,3 кг на 1 м³ підірваного вугілля. У якості ВР застосовують амоніт Т-19, СП-1 і ін. У шахтах III категорії й понадкатегорних за метаном підривні роботи допускаються тільки за спеціальним дозволом.

Застосовують прямі й віялові вруби на шахтах, небезпечних за газом або пилу, і клинові — на негазових шахтах.

На шахтах, де підривні роботи по вугіллю заборонені, виїмку вугілля роблять вибурюванням, використовуючи бурильні установки типу БУЕ1М, що забезпечують вибурювання свердловин по вугіллю діаметром 300 мм на глибину до 3 м.

95

Замкнута область безупинного чи майже безупинного поширення пластових осадових корисних копалин, зв'язаних з визначеною формацією гірських порід, називається басейном корисної копалини. Серед басейнів корисних копалин розрізняють: вугленосні, нафтогазоносні, соленосні, а також гідрогеологічні.

Вугілля викопне – тверді пальні гірські породи, що утворилися з відмерлих рослин. Залягають у вигляді шарів і прошарків чи потужних (десятки, рідше перші сотні м) шароподібних і лінзоподібних покладів в осадових товщах, що виділені як вугленосні формації. Мають землисту, масивну, шарувату чи зернисту текстуру, однорідну чи смугасту структуру; колір від коричневого до сіро-чорного, блиск від матового до металоподібного.

Вугілля викопне – один з найбільш розповсюджених видів корисних копалин, вони виявлені на всіх континентах земної кулі. Відомо близько 3000 вугільних родовищ і басейнів. Загальні ресурси вугілля оцінюються в 14,8 трлн. т у натуральному вираженні, чи 12 трлн. т умовного палива; розвідані в 1, 24 трлн. т.

Утворення кам'яного вугілля характерно майже для всіх геологічних систем (див. табл. 1.1) – від девону до неогену (включно); широке поширення вони одержали в карбоні, пермі, юрі. Залягають у формі шарів і лінзоподібних покладів різної потужності (від часток м до декількох десятків та сотень м) на різних глибинах (від виходу на поверхню до 2500 м і глибше).

Наведена в табл. 1.1 геохронологічна (стратиграфічна) шкала відображає низку природних інтервалів в історії Землі, кожному з яких відповідає певний етап у розвитку органічного світу (еони, ери, періоди, епохи). Наприкінці кожного з інтервалів відбуваються значні зміни у складі органічного світу (вимирання одних груп організмів і поява нових). Організми, які еволюціонували відносно короткий проміжок часу, але мали значне географічне поширення, називаються керівними й використовуються для встановлення відносного віку тих осадових шарів, де їх знаходять.

Кам'яновугільний період або карбон включає родовища різноманітних корисних копалин, найголовнішим з яких – вугілля. Поклади їх у карбоні складають близько 25% загальних світових запасів викопного вугілля. Вугільні басейни й родовища карбону широко представлені в Європі й Північній Америці, де сконцентровано більше 80% загальних геологічних запасів вугілля цього віку. Основні вугільні басейни в Європі: Південний Уельс, Ланкашир, Нортумберленд, Кент у Великобританії, Астурийский в Іспанії, Валансьен у Франції, Льєж і Кампин у Бельгії, Нижнєрейнск-

10

поперечного перерізу. Комбайни бурової (безперервної) дії застосовують рідше.

На комбайнах передбачається установка навісного устаткування для буріння шпурів під анкерне кріплення. Комбайн відокремлює вугілля безпосередньо від масиву без попереднього його ослаблення іншими засобами. Його продуктивність, а отже, й швидкість проведення виробки залежать від схеми переміщення робочого органа по вибою, що вибирають з урахуванням розташування пласта, міцності вугілля й вміщуючих порід, площі перетину виробки. Виїмку вугілля роблять горизонтальними й вертикальними смугами (рис. 8.6). Цифрами на рисунку

показаний напрямок руху виконавчого органа комбайна. Ефективна робота комбайна залежить також від продуктивності транспортних засобів і їхньої безперервної роботи. Тому в якості привибійних засобів транспорту використовують стрічкові перевантажувачі, з яких вугілля надходить у вагонетки або на стрічковий конвеєр.

Кріплення штреків роблять з урахуванням стійкості порід покрівлі. При хитливій покрівлі постійне кріплення зводять слідом за посуванням вибою, при стійкої — по мірі посування вибою, однак із кроком, удвічі більшим, ніж відстань між рамами.

І тільки з відставанням від вибою на 70—80 м, тобто поза зоною роботи комбайна, установлюють проміжні рами. Це дозволяє скоротити технологічні перерви, зв'язані зі зведенням кріплення. Процес зведення кріплення не механізований, частка ручних робіт у загальних витратах праці на 1 м виробки складає 20—45 %, при цьому знижується продуктивність комбайна.

Допоміжні процеси при проведенні виробки комбайном виконуються аналогічно вищеописаному.

Основний напрямок удосконалювання технології проведення пластових штреків — створення комплексів устаткування на базі прохідницького комбайна з установкою на ньому запобіжного пересувного кріплення, засобів по зведенню постійного кріплення, магазинува-ння й доставки до місця установки секцій кріплення.

На шахтах більш 90 % штреків проводять вузьким вибоєм комбайнами або буровибуховим способом. Переваги цього способу наступні: висока швидкість проведення, краща стійкість виробки й менші витрати на підтримку в порівнянні, наприклад, із проведенням штреку широким вибоєм. Основний недолік — видача породи

94

Таблиця 1.1  Геохронологічна (стратиграфічна) шкала (1975)

Еон (еонотема), тривалість, млн. р	Ера (ератема), тривалість, млн. р.	Період (система)	Епоха (відділ)	Шкала абсолютного віку, млн. р.		Індекс
				Початок і кінець періоду	Тривалість
Фанерозой, 57020	Кайнозойська, 67	Антропогеновий	Голоценова Плейстоценова	1,7	1,7	Q
		Неогеновий	Пліоценова Мюценова	2,3	21	N
		Палеогеновий	Олігоценова Еоценова Палеоценова	65	42	P
	Мезозойська, 169	Крейдовий	Пізня Рання	135	70	K
		Юрський	Пізня Середня Рання	190	55-60	J
		Тріасовий	Пізня Середня Рання	230	40	T
	Палеозойська, 335	Пермський	Пізня Рання	285	55	P
		Кам'яновугільний (Карбон)	Пізня Середня Рання	350	65	C
		Девонський	Пізня Середня Рання	405	55	D
		Силурийський	Пізня Рання	435	30	S
		Ордовикський	Пізня Середня Рання	480	45	O
		Кембрійський	Пізня Середня Рання	570	90	
Криптозой,  4000	Протерозой, 2030	Вендський Рифей		680 1650	110	V R
	Архей, 950	Рання		4000	1920	AR

Вестфальский у Німеччині, Верхнєсилезський і Люблінський в Польщі, Остравський в Чехії, Львівсько-Волинський, Донецький в Україні, Підмосковний, Печорський, Кузнецький, Тунгузький, Ленський, Таймирський в Росії, Карагандинський в Казахстані й ін. У Північній Америці – Апалачський, Ілінойський, Пенсильванський, Мічиганський, Техаський.

У загальному процесі вуглеутворення виділяють дві фази: торфоутворення й вуглефікацію. Основним процесами перетворення рослинних залишків у першій фазі з'явилися:

 геліфікація лігнінно-целюлозних тканин рослин в аеноробних умовах і перехід продуктів розкладання цих тканин у колоїдний стан з наступним зневоднюванням і затвердінням гелів і утворенням однорідної маси;

11

 фюзенізація – зневоднювання й окислювання в аеноробних умовах лігнінно-целюлозних тканин і продуктів первинної їх геліфікації з частковим обвуглюванням рослинного матеріалу;

 елювіація – винос з торфу проточними водами колоїдних продуктів, що супроводжується збагаченням торфу ліпоїдними стійкими до розкладання компонентами рослин;

 ілювіація – привнос на площу торфовища або з його верхньої активної частини в нижні шари розчинених гумінових речовин;

 бітумінізація – аеноробний процес розкладання багатих жирами й білковими речовинами комплексу нижчих рослин і відмерлих мікроорганізмів, що приводив до утворення сапропелю – основного вихідного матеріалу сапропелітів, а при привносі вітром і водою спор пилка торфу – сапрогумолітів.

Друга фаза – вуглефікація – починалася й протікала після поховання торфу в надрах Землі. У результаті діагенезу торф перетворювався в м'яке буре вугілля – землисте з атритовою структурою, іноді утримуюче вуглефіковані уламки й фрагменти деревини, чи відносно щільну, з однорідною гелітовою структурою.

У загальному безупинному й необоротному процесі вуглефікації ведучим її показником є послідовне наростання в елементному складі кількості органічної речовини вугілля, відносного змісту вуглецю, що супроводжується рівнобіжним зниженням вмісту кисню, а на вищих стадіях вуглефікації – водню й азоту (табл.1.2).

Таблиця 1.2  Елементарний склад деревини, торфу й вугілля (%)

	Вуглець	Водень	Азот	Кисень
Деревина	45–50	6,0–6,5	0,1–0,7	43–50
Торф	50–60	5,5–6,5	0,6–1,0	30–40
Буре вугілля	63–77	4,0–6,7	0,2–1,1	16–28
Кам'яне вугілля	74–92	3,4–6,0	1,2–1,8	1,6–17
Антрацит	89–98	1,3–3,0	0,1–1,3	0,1–2,3

З підвищенням ступеня вуглефікації зростають блиск і відбивна здатність вугілля, оптична анізотропія, мікротвердість; змінюються мікрокрихкість, тріщинуватість, люмінесценція, щільність органічної маси, гідрофільність, теплопровідність, електричні властивості, швидкість проходження ультразвуку, спікливість, теплота згоряння (табл. 1.3). За ступенем метаморфізму вугілля поділяють на буре, кам’яне та антрацити.

Таблиця 1.3. – Властивості вугілля

Вугілля	Леткі речовини, %	Твердість	Теплота згоряння, кДж	Щільність, т/м3
Буре вугілля	41–50	1,0–1,5	8,5–20	1,0–1,2
Кам’яне	12–39	1,5–2,0	32–34	1,3–1,4
Антрацит	 6	2,0–2,5	33,4–34,3	1,4–1,8

Пласт – це геологічне тіло, що складене однорідною осадовою породою, обмежено двома приблизно паралельними поверхнями й має значну площу.

Поверхні прилягання пластів до породи мають назву поверхні напластування. Шари гірських порід, які знаходяться безпосередньо над вугільним пластом, називають покрівлею, а породи що лежать під пластом – підошвою. Покрівля й підошва пласта у більшості випадків генетично зв’язані з вугіллям і визначаються

12

Водовідвідні канавки служать для відводу води у водозбірник приствольного двору. Для утворення канавки в підошві виробки з одного боку бурять і підривають більш глибокі шпури; обробляють і кріплять деревом, монолітним бетоном. Для забезпечення самопливу води канавці додають ухил 0,005 убік приствольного двору (рис. 8.4).

Для забезпечення вибоїв повітрям, водою, енергією застосовують труби й кабелі, що підвішують до кріплення так, щоб вони не. заважали пересуванню людей по виробці й не могли бути ушкоджені рухомим составом.

Освітлення вибою й виробки забезпечує безпеку й підвищує продуктивність праці прохідників. Для цього, крім переносного й місцевого освітлення, застосовують стаціонарні електричні світильники, підвішуючи них через 4—8 м уздовж виробки.

Контроль за проведенням гірни-

чих виробок здійснюється маркшейдерською службою шахти. Особлива увага звертається на точність напрямку, ухилу колій відповідності поперечного перерізу, радіусів закруглення проведеної виробки.

Контроль за станом рудникової (шахтної) атмосфери й дотриманням правил безпеки здійснюють прохідники й технічний нагляд ділянки.

Комплексна механізація проведення виробок може бути вирішена на базі широкого застосування прохідницьких комплексів (КРТ).

Комплекс прохідницького устаткування являє собою технологічно ув'язану систему машин і механізмів, що забезпечує комплексну механізацію всіх основних процесів циклу: відділення гірської породи від масиву, збирання й навантаження її у вагонетки або на конвеєр, а також кріплення виробки. При роботі здійснюється автоматизоване управління комплексом.

До виробок, що проводяться у м'яких однорідних породах в основному по вугіллю потужних і середньої потужності пластів, відносять штреки. Їх в основному проводять комбайновим, рідше буровибуховим способом або за допомогою гідромеханізації. При оконтурюванні виробок, оформленні водовідвідних канавок і інших робіт використовують відбійні молотки.

Застосування прохідницьких комбайнів — основний напрямок технічного прогресу в механізації проведення гірничих виробок. Для цього створений комплект прохідницького устаткування (набір машин і механізмів), що дозволяє механізувати основні процеси циклу.

Залишаються немеханізованими роботи з кріплення виробок і допоміжні роботи. Машини, що входять у комплект, не мають кінематичного зв'язку, але взаємно ув'язані технологічно. Це дозволяє їх ефективно використовувати для підвищення швидкості проведення виробок і поліпшення техніко-економічних показників роботи.

Комплект устаткування складається з прохідницького комбайна, стрічкового перевантажувача й маневрового візка, що служить для обміну вагонеток і переміщення перевантажувача (рис. 8.5). З їхньою допомогою проводять вироблення пло-щею перетину від 4 до 25 м². Переважне поширення одержали комбайни виборчої дії типу ГПКС, 4ПП5 і ін.

У них гарна маневреність, вони здатні проводити виробки різної форми й

93

підйому, ківш піднімається над корпусом машини, а порода висипається у вагонетку. Потім ківш під дією власної ваги опускається в первісне положення, і цикл навантаження повторюється.

При проведенні одне- або двоколійних виробок площею перетину більше 7,5 м² у світлі застосовують машини типу 1ППН55 конвейєрно-ковшового типу (рис. 8.2, б). Розвантаження ковша виконується на перевантажувальний конвеєр машини, а потім порода надходить у вагонетку або на конвеєр. Крім зазначених вище, застосовують машини типу 1ПНБ2 при проведенні виробок площею більше 4,5 м² у світлі по породах з коефіцієнтом міцності менше 6. Ця машина безперервної дії з захопленням парними нагортуючими лапами, що забезпечує велику продуктивність, чим ковшові машини. Наявність гусеничного ходу дозволяє мати будь-який фронт навантаження (рис. 8.2, в).

При застосуванні рейкового транспорту для зменшення тривалості маневрових робіт з обміну вагонеток, виключення ручної праці, збільшення продуктивності навантажувальних машин і коефіцієнта їхнього використання застосовують перевантажувачі типу УПЛ2М з подовженою стрілою, що дозволяють робити заміну навантажених складів на порожні як у двох-, так і в одноколійних виробках.

Зведення постійного кріплення зв'язано з витратами до 35 % часу від загальної тривалості прохідницького циклу, тому що виконується вручну. Основною причиною, що не дозволяє механізувати процес зведення кріплення, є складність конструкції, що представляє собою багатоелементну систему (рис. 8.3) — до 34 елемента на 1 м виробки. Постійне кріплення зводять з дерева, металу, бетону, залізобетону в залежності від терміну служби виробки й величини гірського тиску.

Допоміжні процеси прохідницького циклу включають: настилання рейкової колії або нарощування конвеєра, влаштування водовідвідної ка-

навки, прокладку труб і кабелів, висвітлення вибою й виробки, маркшейдерське обслуговування, контроль за станом шахтної атмосфери. На їхнє виконання затрачається до 15—30% загальної тривалості прохідницького циклу.

Застосовують тимчасові й постійні рейкові колії. Тимчасові колії служать при роботі бурильних установок і навантажувальних машин. Їх настилають слідом за посуванням вибою ланками у вигляді відрізків рейок довжиною 1—2 м, приварених до металевих шпал. По мірі посування вибою тимчасові колії заміняють постійними з довжиною рейок 6—8 м. Постійні колії служать для забезпечення роботи шахтного транспорту в період експлуатації виробки. Верхня будова рейкової колії складається: з баластового шару — щебеню або гравію; шпал — залізобетонних або дерев'яних; рейок типу Р24 або Р33, а також скріплень — підкладки, милиці, накладки, болти.

92

умовами вугленакопичення.

Породи, серед яких розташований пласт вугілля, називають боковими або вміщуючими.

Розрізняють пласти простої та складної будови. Пласт простої будови є однорідним і складається тільки з корисної копалини ( рис. 1.8, а). У пласті складної будови вугілля розділяється на окремі шари (пачки) прошарками породи (рис. 1.8, б).Вони мають повну й корисну потужність. Потужність пласта, що включає прошарки породи, називають повною.

Сумарна потужність пачок вугілля у пласті

визначає його корисну потужність. Частка повної потужності, яка фактично виймається при розробці, називають потужністю пласта що виймається.

Тонкі пласти корисної копалини, розробка яких є нерентабельною, звуться пропластками. Частина пласта, яка виходить безпосередньо на земну поверхню або під наноси, зветься виходом пласта або хвостом його. Це зона вивітрювання й не придатна для видобутку.

Декілька пластів вугілля, що залягають у певній товщі впорядкованих порід, складають свиту пластів. У Донецькому басейні відомо 15 вугільних свит (за класифікацією Л.І.Лутугіна, табл. 1.4), Дніпровському (рис. 1.9) – 3, Львівсько-Волинському (рис. 1.10) – 4.

Лутугінська схема розчленування донецького карбону була розроблена наприкінці 19 століття. Незважаючи на багаторазові критичні висловлювання, вона витримала іспит часом і нині є загальноприйнятою; деякі зміни до неї були внесені в 1937 р. до XVII Міжнародного геологічного конгресу 1958 р.

Лутугінська методика була в першу чергу методикою детального мапування басейну. У її основі лежало простежування горизонту по простяганню. Геологи Лутугінської школи тонко вловлювали неповторні риси окремих горизонтів. Найбільш яскрава індивідуалізація характерна вапнякам.

Шари вапняків розчленовують вугленосну товщу на дробові стратиграфічні, зберігають при цьому характерний для кожного з них комплекс органічних залишків і літологічні особливості, що відбивають специфіку накопичення залишків кожного горизонту.

Вивчення стратиграфії Донецького басейну продовжується вже більш 100 років, однак дотепер залишається ще чимало невирішених питань. Різні автори створили стратиграфічні схеми, що іноді істотно відрізняються одна від одної вмістом обсягу й меж ярусів, підярусів і зон. Залишається не вирішеним питання про положення межі між нижнім і середнім карбоном, середнім і верхнім карбоном; діаметрально протилежні погляди існують з питання про обсяг і доцільність виділення намюрського ярусу. Суперечність положення багатьох біостратиграфічних меж підвищує значення схеми Геологічного комітету, на базі якої можуть розвиватися сучасні детальні біостратиграфічні й інші роботи.

13

Рис. 8.3. Аркове піддатливе триланкове кріплення: 1 – верхняк; 2 – стояки; 3 – скоба; 4 – планка; 5 – гайка; 6 – стяжки; 7 – прокладки; 8 – дерев’яні розпірки; 9 - клин

Таблиця 1.4 – Схема розчленування кам’яновугільних відкладень Донецького басейну на свити

Прийнята в монографії “Геологія родовищ вугілля й пальних сланців…”1958 р.		Сучасне біостра-тиграфічне розчленування
Гранич-ні вап- няки	Індекси й назви свит, наявність вугільних пластів	Від- діл	Ярус
Р1	C33  Араукаритова	Верхній карбон
Q1	C32  Авіловська (на Заході є робочі пласти, на Сході –ні)
N1	C31  Ісаєвська (на Заході 2 пласти: n1; n11)
M1	C27  Горлівська (на Заході 6-12; Сході –18-21 пластів)	Середній карбон	Московський
L1	C26  Алмазна (на Заході 10-11; Сході 1-3 пласти)
K1	C25  Каменська (47 пластів до Заходу 20-25)
I1	C24  Білокалитвенська (на Заході майже ні; Сході - 2 пласти)		Башкирський
H1	C23  Смолянинівська, Максимівська (до 17 робочих пластів)
G1	C22  Моспинська (10-14 пластів; із них 4 робочих)
F1	C21  Мандрикінська (до 10 пластів із них 2-3 робочих)
E1	C15  (на Півдні до 13 прошарків вугілля, 2 – місцями робочої потужності)	Нижній карбон	Намюр-ський
D1	C14  Безвугільна
C1	C13  Самарська (зближених пластів 60-70; робочих – 26)		Візєйський
B1	C12  (до 12 прошарків вугілля, робочих до 2)
A	C11  Безвугільна		Турнейський

Пласт має три виміри: довжину, ширину та товщину, які називають відповідно його простяганням, падінням і потужністю. Крім того, розрізняють лінію простягання, лінію падіння й кут падіння.

Лінія простягання – лінія, що утворюється при перерізі поверхні пласта горизонтальною поверхнею (рис. 1.11). Лінія падіння – лінія, яка перпендикулярна лінії простягання та лежить у площині пласта.

14

Широко застосовують і спірально-крокуючий вруб, що складається з чотирьох-восьми груп шпурів різної довжини (від 0,5l до l), розташованих по спіралі в площині вибою.

Конструкція зарядів. Заряди — визначена кількість ВРпідготовлене до вибуху. Конструкція зарядів звичайно колонкова, що представляє суцільну масу ВР у шпурі або складається з декількох примикаючих один до одного патронів. У якості забойки застосовують пижі з глини, грубозернистий пісок тощо. Підривання зарядів у шпурах, небезпечних за газом і пилу, дозволяється тільки електричне.

Після підривання зарядів ВР привибійна частина виробки заповнюється газоподібними продуктами вибуху. Для створення нормальних санітарних і безпечних умов праці виробки провітрюють для забезпечення змісту в повітрі кисню не менше 20 % за обсягом, вуглекислого газу не більше 0,5%; температура повітря не повинна перевищувати 26°С при відносній вологості до 90%. Розрідження продуктів вибуху й видалення їх з вибою повинні відбуватися не більше ніж за 30 хв після підривання зарядів ВР. В основному застосовують осьові вентилятори місцевого провітрювання типу ВМ з електричним двигуном і ВМП — із пневматичним. Рідше використовують відцентрові вентилятори для провітрювання виробок довжиною понад 1,5—2 км при високому газовиділенні. Переважно застосовують нагнітальну схему провітрювання, що проста, економічна й безпечна. Вентилятор установлюють на ґрунті або підвішують до кріплення на свіжому струмені на відстані не менше 10 м від місця виходу продуктів вибуху. Свіже повітря по трубах, підвішеним до кріплення, подається у вибій, а забруднений — віддаляється по всьому перетині. Відставання вентиляційних труб від вибою не повинне перевищувати 8 м у газових шахтах і 12 м у негазових. Усмоктувальні й комбінована схеми провітрювання допускаються на негазових шахтах.

Після провітрювання виробки прохідники оглядають вибій, при необхідності обвалюють навіси відшарованих шматків породи, що утворилися, виправляють порушене постійне кріплення.

Перед навантаженням породи у вибої виробки необхідно встановити тимчасову огороджуюче висувне або штиреве кріплення. Навантаження породи є тривалим і трудомістким процесом, на який затрачається до 30—40% загальної тривалості прохідницького циклу. Процес навантаження механізований і здійснюється навантажувальними машинами, які класифікуються за видом виконавчого органа (ковшового й з нагортуючими лапами), конструкції ходової частини (колісно-рейкові й гусеничні) і по роді застосовуваної енергії (електричні й пневматичні).

При проведенні одноколійних виробок площею перетину 5,3—8 м² у світлі й висотою не менше 2,25 м застосовують навантажувальні машини ППН2. Принцип її роботи (рис. 8.2, а) полягає в наступному. . Машина з опущеним ковшем і причепленої до неї вагонеткою по рейках наїжджає на підірвану породу. Ківш за рахунок напірного зусилля впроваджується в неї. Після заповнення ковша включають механізм

91

Сукупність основних і допоміжних прохідницьких процесів, при однократному виконанні яких за певний час вибій виробка переміститься на встановлену довжину, називають прохідницьким циклом.

Основні процеси виконують послідовно (один за іншим) або з частковим сполученням (одночасно). Допоміжні процеси необхідно виконувати паралельно з основними для того, щоб виключити їхній вплив на тривалість циклу.

До виробок, що проводяться в міцних і середньої міцності однорідних породах, відносяться квершлаги й польові штреки. Їх проводять в основному буровибуховим способом.

Прохідницький цикл складається з наступних основних процесів: буріння шпурів, заряджання шпурів і підривання зарядів вибухової речовини (ВР), провітрювання й приведення вибою в безпечний стан, навантаження й транспортування породи, зведення постійного кріплення тощо.

Буріння шпурів — один з найбільш тривалих і трудомістких процесів, на який затрачається до 30—50 % загальної тривалості прохідницького циклу. Для буріння шпурів у виробках із площею поперечного перерізу 6 м² застосовують бурильні установки типу БУЕ1М, СБУ2М, БКГ2 і ін., призначені для буріння шпурів у породах з f <16. При цьому для порід з f <8 застосовують установки з бурильною голівкою обертальної дії, а для порід з f <16 — з універсальною бурильною голівкою, що може працювати в обертальному і в обертально-ударному режимах.

Діаметр шпурів приймають 41—43 мм для патронів ВР діаметром 36 мм.

Довжина шпурів — основний технічний параметр, визначає обсяг робіт основних процесів на цикл і швидкість проведення виробки. Довжина шпурів залежить від властивостей порід, площі вибою й типу бурового устаткування й коливається від 1,5 до 3 м, найбільш розповсюджена 1,5—2,5 м.

Число шпурів у вибої впливає на ефективність підривних робіт і попередньо встановлюється розрахунком, а остаточно приймається за результатами дослідних вибухів.

Тип ВР приймають у залежності від міцності порід, зводнення вибою, небезпеки шахти за метаном або вугільним пилом. Основними з них є амоніти. Витрати ВР за цикл і середню величину заряду на шпур визначають розрахунком. У якості за-

собів підривання застосовують запобіжні електродетонатори миттєвого і короткоуповільненої дії, що дозволяють в певній послідовності підривати шпурові заряди.

Розташування шпурів вибирають у залежності від міцності й структури порід, площі перетину виробки, типу бурового устаткування. При одній поверхні оголення широко застосовують клинові вруби, що складаються з двох вертикальних і рідше горизонтальних рядів шпурів, що утворюють після підривання ВР відповідно вертикальний або горизонтальний клин (рис. 8.1).

90

Рис. 1.11. Елементи залягання пласта: А-Б – лінія простягання; В-Г – лінія падіння;  - кут падіння

Простягання пласта – напрям лінії простягання. Простягання пласта визначається азимутом напрямку лінії простягання.

Азимут – кут між площиною магнітного меридіа-

на (П-П, рис. 1.12) у заданій точці (О), що лежить у межах родовища, й вертикальній площині, що проходить через дану точку й лінію простягання.

Азимут відраховується від магнітного меридіана за годинниковою стрілкою. В залежності від напрямку падіння пласта змінюються величина азимута та його простягання. Так, коли падіння пласта на південний схід (рис. 1.12, а), то простягання буде північно–східним (А-Б), а азимут рівним, припустимо, А₃. Коли ж падіння пласта на північний захід (рис. 1.12, б), то простягання пласта – південне східне (Б – А), а азимут рівним 180⁰ + А₃.

Падіння пласта, чи його похил до горизонтальної поверхні, вимірюється кутом падіння , що утворюється лінією падіння і її проекцією на горизонтальну поверхню.

15

Рис. 1.9. Зведена літолого-стратиграфічна колонка по Дніпровському басейну.

1. суглинки; 2- глини; 3 - піски глинясті; 4 - піски (а - мелкозернисті, б – крупно-зернисті); 5 - піски вуглісті; 6-глини вуглисті; 7-вугілля; 8-мергелі; 9 - вапняки; 10 - кора вивітрювання; 11- кристалічні породи

Рис. 1.10. Нормальний літологостратиграфічний розріз кам’яновугільної товщі Львівсько-Волинського басейну