УДК 622.33.012.2/3(075)

Ляхов Г. М. Разработка угольных месторождении. Учебник для профтехобразования. 3-е изд., перерзб. и доп. М.. Недра, 1984. 248 с.

Изложены основы разработки уголь.-.ых месторождений подзем­ным и открытым способами. Даны краткие сведения о горных вы­работках и горных работах, производственных процессах и сред­ствах механизации их выполнения, организации производства и труда.

В третьем издании (2-е изд.— 1978) расширено описание откры­тых работ и основ автоматизации производственных процессов, обновлено содержание разделов.

Для учащихся средних профессионально-технических горных учи­лищ и может быть использован при профессиональном обучении рабочих на производстве.

Табл. 15, ил. 102, список лит. — 43 назв.

Рецензент —проф., д-р техн. наук М. И. Устинов (ИГД им. А. А. Скочинского)

ГЕОРГИИ МИРОНОВИЧ ЛЯХОВ РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Редактор издательства О. И. Сорокина Переплет художника В. В. Евдокимова Художественный редактор О. А. Зайцева Технический редактор А. В. Трофимов Корректор Л. В. Сметанинц МБ № 5813

Сдано в набор 23.09.83. Подписано в печать 04.01.84. Т-03403

Формат 60X90'/i6. Бумага типографская № I. Усл. печ. л. 15,5 Усл. кр.-отт. 15,5

Уч.-изд. л. 16,95. Тираж 13 500 экз. Заказ 333.119-1Q423 Иона 80 коп.

Ордена «Знак Почета» издательство «Недра»,

103633, Москва. К-12. Третьяковский проезд. 1/19. Набрано в Московской типографии № 13 По «Периодика» ВО «Союзполиграфпром» Государственного комитета СССР но делам издательств, полиграфии и книжной

торговли, 107005, Москва, Б-5, Денисовский пер., дом 30. Отпечатано в Подольском филиале производственного объединения «Пернодпка». г. Подольск, у.* КярОЮ, .

2504030100-082 ₃₃₂_₈4 © Издательство «Недра,, 1984

043(01)-84 °

ВВЕДЕНИЕ

Горное дело —раздел техники, охватывающий комплекс про­цессов, необходимых для извлечения (добычи) из недр полезных ископаемых и для предварительной их обработки с целью исполь­зования в промышленности, на транспорте и в быту. Добыча по­лезных ископаемых в зависимости от условий их залегания может производиться открытым, подземным или подводным способом.

В зависимости от добываемых полезных ископаемых получили развитие такие отрасли горнодобывающей промышленности, как угольная, рудная, нефтяная, торфяная, газовая и др.

Угольная промышленность занимает одно из ведущих мест в народном хозяйстве СССР. Уголь применяется в большинстве отраслей народного хозяйства. Развитие химии, металлургии, энер­гетики зависит от обеспеченности их углем. Уголь в Советском Союзе широко используется и для коммунально-бытовых нужд. В химической промышленности он является исходным технологи­ческим сырьем при получении таких продуктов, как пластмассы, смазочные средства различного назначения, искусственные кра­сители, лекарственные вещества, капрон и др.

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

В 1982 г. добыча угля достигла 716 млн. т. В «Основных на­правлениях экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года» предусматривается зна­чительно увеличить добычу угля. Опережающими темпами наме­чено развивать добычу угля наиболее эффективным открытым способом па основе широкого внедрения прогрессивной техноло­гии и горнотранспортного оборудования большой единичной мощ­ности. Предусматриваются создание мощностей в Кузбассе, соору­жение объектов Каиско-АчинскогоиЭкибастузского топливно-энер­гетических комплексов и увеличение добычи угля в этих районах. Дальнейшее развитие получат подземная добыча угля, особенно угля для коксования, добыча гидравлическим способом, а также транспортирование угля по трубопроводам на большие расстоя­ния. Предусматриваются наращивание мощностей шахтостроитель-ных организаций и повышение качества угля, поставляемого на­родному хозяйству. Намечено ускорить разработку и освоение серийного производства высокопроизводительных комплексов обо­рудования для выемки угля в сложных горно-геологических усло-

I* Зак. 123 о

виях и проведения подготовительных выработок. Предусматривает­ся расширить создание и внедрение автоматизированных средств добычи угля на шахтах без постоянного присутствия людей в очистных забоях. Будут увеличены производственные мощности угольного машиностроения, с тем чтобы полностью удовлетворять потребности народного хозяйства в высокопроизводительном, на­дежном горно-шахтном оборудовании и в запасных частях к нему. Особое внимание уделено улучшению условий труда и техники безопасности. Прирост объема добычи и переработки угля преду­сматривается осуществить в основном за счет повышения произво­дительности труда.

Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР, учи­тывая особые условия труда в угольной и сланцевой промышлен­ности и на строительстве шахт, приняли постановление «О пре­доставлении дополнительных льгот работникам угольной и слан­цевой промышленности и шахтного строительства». В постановле­нии предусматриваются перевод рабочих, занятых на подземных работах, на действующих и строящихся угольных и сланцевых шахтах с особо тяжелыми условиями труда, на 30-часовую рабо­чую неделю, повышение оплаты труда этой категории рабочих, увеличение размеров пенсии по старости и т. п.

Основными направлениями технического прогресса в угольной промышленности в настоящее время являются: комплексная ме­ханизация и автоматизация производственных процессов при обес­печении безопасных и комфортных условий труда, повышение качества и снижение себестоимости угля.

В связи с этим разрабатываются научные основы проектиро­вания и строительства шахт будущего — с большой производствен­ной мощностью (7,5 млн. т в год и более), высокой производи­тельностью труда, высокой концентрацией горных работ (одна-две лавы, обеспечивающие годовой план добычи угля), полной конвейеризацией транспортных операций от забоя до поверхности, безремонтным поддержанием горных выработок, применением аг­регатов фронтального действия и т. д.

Для успешного развития угольной промышленности необходи­ мы высококвалифицированные кадры шахтеров, овладевших зна­ ниями по технологии добычи угля, знакомых с современными ма­ шинами и механизмами, применяемыми при разработке угольных месторождений. Для подготовки таких кадров и предназначен настоящий учебник. -**•»

Глава I

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОЛОГИИ

§ 1. Общие сведения

Строение Земли. Схематически Землю можно представить по­строенной из отдельных концентрических оболочек или сфер (рис. 1), из которых внутренняя, или ядро Земли, нам известна менее остальных. Вследствие значительной плотности она получи­ла название барисферы в отличие от более легкой и тоступной нашему исследованию земной коры, называемой литосферой" Вод­ная оболочка называется гидросферой, воздушная - атмосферой, и наконец, совокупность организмов, населяющих Землю, состав­ляет биосферу.

С еверная Америка

Земная кора Верхняя мантия Нижняя мантия жидкое ядро Твердое ядро Фрагмент предполагаемых конвекционных течений в мантии

восточно- \

Тихоокеанское

'Африка. Смещение плит

Южная Америка

Срединно-

Атлантический

хребет

поднятие

Рис. 1. Предполагаемое строение земного шара

Твердая масса Земли, т. е. барисфера и литосфера, состав­ляет 93%, гидросфера — около 6,97% и атмосфера — только 0,03% массы земного шара.

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, которые могут быть разделены на коренные породы и наносы.

Коренными называются породы, залегающие на месте своего первоначального образования. Наносы же образовались в резуль­тате разрушения коренных пород, отдельные частицы которых пос­ле этого либо оставались на месте, либо переносились поверхност­ными водами или ветрами на новое место, где они откладывались, образуя более или менее рыхлые породы.

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

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

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

Метаморфические породы (мраморы, гнейсы, кристаллические сланцы) образовались из изверженных или осадочных пород под воздействием высоких температур и давления, которым они под­вергались при горообразовательных процессах.

Горные породы, используемые человеком для различных целей в естественном виде или после предварительной обработки, назы­ваются полезными ископаемыми. Породы, вмещающие полезное ископаемое или находящиеся в его толще, называются пустыми породами. Это понятие является относительным — одна и та же порода в разных условиях может быть полезным ископаемым пли пустой породой. Например, известняк, встречающийся при разра­ботке пластов угля, считается пустой породой, а при специальной добыче сто для нужд металлургической промышленности (флюсы) он считается полезным ископаемым.

Происхождение ископаемых углей. Уголь (каменный, бурый, антрацит) по своему происхождению относится к осадочным гор­ным породам. Он образовался из остатков растений, произрас ших 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 обуглероживания (при затрудненном до­ступе кислорода) и уплотнения под действием силы тяжести по­крывающих пород из остатков растений образовался уголь.

Кроме углерода, обладающего способностью гореть и при горе­нии выделять тепло и являющегося основной составной частью угля, последний содержит кислород, водород, азот, а также фос-

6

фор, серу, золу и воду. Сера, фосфор, влага и зола —вредные примеси в угле, так как они понижают его качество.

Золой называют все минеральные негорючие примеси в камен­ном угле. Зольность каменного угля колеблется от 2 до 45%. Кроме уменьшения теплоты сгорания угля, зола осложняет работу котельных установок из-за большого количества получающихся числе сгорания угля шлаков. Зола также резко снижает качество получаемого из угля кокса, поэтому при добыче угля необходимо стремиться к снижению его зольности.

Одной из причин повышения зольности угля является засоре­ние его пустой породой, поэтому для снижения зольности необхо­димо по возможности отделять породу от добытого угля.

£ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ

В зависимости от содержания углерода и других составных частей ископаемые угли делятся на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли содержат сложные по составу гуминовые кислоты. Органическая масса бурых углей характеризуется относительно невысоким содержанием углерода (65—78%). Содержание водоро­да и азота в ней составляет соответственно 4,5—5,5 и 0,5—1,5%. Для бурых углей характерно высокое содержание влаги, они не­стойки по отношению к высоким температурам, дают высокий вы­ход летучих веществ п песпекшийся нелетучий остаток.

Каменные угли не содержат гумииовых кислот. В оргашшеской массе этих углей содержание углерода составляет 78—95^п/о, во­дорода 3,5—5,5%, азота 1—3%. Выход летучих веществ из раз­личных 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% углеро­да, 1—2,5% водорода и не более 1% азота. Выход летучих ве­ществ в них менее 9%, твердый нелетучий остаток всегда песпек­шийся. По внешнему виду антрациты легко отличить от каменных углей: они имеют блестящую поверхность и раковистый излом кус­ков. Антрациты значительно тверже каменных углей.

В зависимости от химических и технологических свойств раз­личают следующие марки ископаемых углей: Д — длиннопламен-ный, Г — газовый, ГЖ — газовый жирный, Ж — жирный, КЖ — коксовый жирный, К—коксовый, К2 —коксовый второй; ОС — отощенный спекающийся, СС —слабоспекающийся, Т —тощий, А — антрацит.

Каменные угли марок Д, Г, ОС, Т и антрацит марки А в зави­симости от размеров кусков делят на классы (табл. 1).

Ископаемые угли в зависимости от их физико-химических свойств й требований потребителей должны поставляться промыш­ленностью и использоваться при определенных условиях, обяза­тельных при проектировании угольных и других топливопотребля-

7

ющих предприятии, а также при планировании развития добычи, рассортировки и обогащения углей.

Основными показателями качества углей являются: зольность, содержание рабочей влаги, содержание мелочи и минеральных примесей, содержание серы, толщина пластометрического слоя, выход летучих веществ и характеристика нелетучего остатка, со-

Таблица I

по углу падения: пологие — до 18°, наклонные — от 19 до 35°, крутой а к.юнные — от 36 до 55° и крутые — от 56 до 90°.

Условия разработки пластов в основных угольных бассейнах страны по состоянию на конец 1982 г. характеризуются данными табл. 3.

Таблица 3

Бассейн

-

Йонецкий одмоековный

Ky:s еЦКИЙ

Карагандинский

Печорский

В среднем по СССР

k

	Обозна-
Наименование класса	чение	Размер куска, мы
	класса
Плитный (антрацит)	п		100—300
Крупный	к		50—100
Орех	О		25—50
Мелкий	м		13-25
Семечко	с		6—13
Штыб	111		Менее 6
Рядовой	р	0—200	— для подземных
		работ; 0—300 -для открытых работ

держание фосфора,, механическая прочность, температура плавле­ния золы, коэффициент размолоспособности и теплота сгорания. Сравнительная характеристика древесины, торфа, углей и ан­трацита приведена в табл. 2.

Таблица 2

	Годержание влаги 11 сыром топливе, %	Состав органической массы, %			Теплота сгорания горючей массы, кДж/кг
Топлипо		углерод	водород	кислород и азот
Древесина Торф Бурый уголь Каменный уголь Антрацит	60 85—90 18—55 4—15 3-5	50 55—60 67—78 80—91 96	6 6—5,5 5—5,5 5—4,5 2	4 39—34,5 28—17 15—4,5 2	19 000 21 000—24 000 26000-31000 32 000—36 500 34 000—35 500

$ 3. ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Ископаемый уголь залегает обычно в форме пластов, толщина которых определяется по кратчайшему расстоянию (перпендику­ляру) между почвой и кровлей и называется мощностью.

Правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт угольные пласты разделяются на следующие группы:

по мощности: весьма тонкие — до 0,7 м, тонкие — от 0,71 до 1,2 м, средней мощности — от 1,21 до 3,5 м и мощные —свы­ше 3,5 м;

Глуб.ша раз-	Мошность
работки, м	пласта, м
612	1,14
65	2.53
289	2.63
418	2,76
472	2,35
467	1,63

Глубина подземной разработки угольных пластов с каждым годом увеличивается.

Распределение добычи угля_ч из действующих забоев (%) по углам падения и мощности пластов в 1982 г. характеризуется дан­ными табл. 4.

Таблица 4
		Пл!	ст
Угел падения пласта, градус	весьма тонкий	тонкий	средней мощности \	нотный	Всего
ДО 18 19—35 36—44 45-90	2,4 0,2 0,1 0,9	21,6 2,4 0,5 2,4	44,7 6.8 1,2 2.7	9,6 1,9 0,5 2.1	78,3 11,3 2,3 8,1
Итого	3.6	26.9	55,4	14,1	100,0

Различают общую и полезную мощность пласта. Общей назы­вается вся мощность пласта, включая породные прослойки. Полез­ной считается мощность угля без прослойков.

Направление линии пересечения плоскости пласта с горизон­тальной плоскостью называется простиранием пласта. Линия АБ (рис. 2) пересечения пласта с горизонтальной плоскостью назы­вается линией простирания.

Падением называется наклон пласта к горизонтальной плоско­сти. Линией падения называется линия, лежащая в плоскости пласта и перпендикулярная к линии простирания.

Угольные пласты в период своего образования располагались почти горизонтально. В дальнейшем при смятии земной коры под.

влиянием горообразовательных процессов положение пластов в пространстве изменялось.

Угол, который образует пласт с горизонтальной плоскостью, называется углом падения. Он расположен между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

Рис.2 Элементы залегания пласта Р«* 3. Схема смещения пласта

Горные породы, в которых залегает пласт угля, называют бо­ковыми породами.

Породу, лежащую под пластом угля (подстилающую пласт), называют почвой пласта, над пластом (покрывающую пласт) — кровлей пласта. У крутых пластов почву часто называют лежачим боком, а кровлю — висячим боком.