Қазақстан Республикасының

Білім және ғылым министрлігі Д. Серікбаев атындағы Шығыс

Қазақстан мемлекеттік техникалық университетінің Зырян орталығы

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Зыряновский центр Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева

Тау технологиясының неғіздері:

«тау ісі» (бакалавриат) – 050707 мамандығының студенттеріне арналған әдістемелік құралы

Основы горной технологии: учебное пособие для студентов специальности 050707 – «Горное дело» (бакалавриат)

Зырян қаласы

2007 жыл.

Зыряновск, 2007

УДК 622.27

ББС 33.1

Ш 23

Ш 23. Шапошник С.Н.

Основы горной технологии: Учебное пособие для студентов спец. 050707 - «Горное дело» (бакалавриат). - Зыряновск: Зыряновский центр ВКГТУ, 2007. - 172 с.

ISBN 9965-711-89-5

Учебное пособие содержит следующие разделы: структура мировой добычи минерального сырья и виды добываемых твердых полезных ископаемых; способы добычи твердых полезных ископаемых; типы разрабатываемых месторождений и залежей; понятие о шахтном и карьерном полях, горном и земельном отводах; периоды подземных и открытых горных работ; главные параметры шахт, карьеров; общие сведения о технологических процессах: буровзрывные, выемочно-погрузочные, транспортные и отвальные работы; виды и типы горного и транспортного оборудования; порядок разработки и ведения горных работ; понятие о комплексной механизации горных работ; понятие о комплексном использовании горных пород; восстановление и использование нарушенных горными работами территорий; процессы открытых и подземных горных работ; вскрытие, подготовка и системы разработки при выемке полезных ископаемых подземным и открытым способами.

ББК 33.1

Учебное пособие утверждено Ученым Советом ВКГТУ им. Д. Серикбаева.

Учебное пособие печатается по решению редакционно-издательского совета ВКГТУ.

Рецензенты:

докт.техн.наук, проф. ВКГТУ им. Д. Серикбаева Шапошник Ю.Н.

канд.техн.наук, ведущий специалист горного управления АО «Казцинк» Выходцев Л.А.

Зыряновский центр

Восточно-Казахстанского

государственного технического

университета им. Д. Серикбаева

Содержание стр.

Предисловие 1 Структура мировой добычи минерального сырья и виды добываемых твердых полезных ископаемых 1.1. Казахстан на мировом рынке горнорудного сырья 2 Способы добычи твердых полезных ископаемых 3 Типы разрабатываемых месторождений и залежей 3.1. Общие сведения о полезных ископаемых 3.2 Эндогенные месторождения 3.2.1 Магматические месторождения 3.2.2 Пегматитовые месторождения 3.2.3 Постмагматические месторождения 3.3 Экзогенные месторождения 3.3.1 Месторождения выветривания 3.3.2 Осадочные месторождения 3.4 Метаморфогенные месторождения 3.5 Группировка месторождений полезных ископаемых по их промышленной принадлежности 4 Элементы подземной и открытой разработки 4.1 Классификация и наименование подземных горных выработок 4.2 Элементы карьера 5 Понятия о шахтном и карьерном полях, горном и земельном отводах 5.1 Шахтное поле 5.1.1 Определение размеров шахтного поля 5.2 Карьерное поле 5.3 Горный и земельный отводы 6 Периоды подземных и открытых горных работ 6.1 Периоды подземных горных работ 6.2 Виды и периоды открытых горных работ 7 Главные параметры шахт, карьеров 7.1 Основные параметры рудника 7.2 Основные параметры карьера 8 Общие сведения о технологических процессах 8.1 Буровзрывные работы 8.1.1 Буровзрывные работы на подземных рудниках 8.1.2 Подготовка горных пород к выемке на открытых горных работах 8.2 Выемочно-погрузочные работы 8.2.1 Выемочно-погрузочные работы при подземной разработке рудных месторождений 8.2.2 Выемочно-погрузочные работы при открытом способе отработки 8.3 Транспортные 8.3.1 Подземный транспорт 8.3.2 Карьерный транспорт 8.4 Отвальные работы 9 Виды и типы горного и транспортного оборудования 10 Понятия о комплексной механизации горных работ 11 Понятие о рациональном использовании недр 12 Восстановление и использование нарушенных горны­ми работами территорий 13 Вскрытие, подготовка и системы разработки при выемке полезных ископаемых подземным и открытым способами. 13.1 Вскрытие, подготовка и системы разработки при выемке полезных ископаемых подземным способом 13.2 Вскрытие, подготовка и системы разработки при выемке полезных ископаемых открытым способом Список литературы

5 6 6 16 17 17 18 18 18 19 20 20 21 23 24 25 25 27 31 31 31 32 35 37 37 38 40 40 43 44 44 44 49 51 51 55 58 58 85 89 91 94 96 100 101 101 165 171

Предисловие

Курс «Основы горных технологий» предназначен для студентов специальности 050707 – Горное дело. Задача курса – ознакомить студентов с горной терминологией, основными принципами и элементами горного производства. Цель курса – подготовить студентов к проведению ознакомительной практики и последующему изучению отдельных дисциплин специальности 050707.

От уровня развития горнодобывающей промышленности зависит развитие таких отраслей, как энергетика, металлургия, химия, строительная индустрия и др.

Наша страна располагает значительными запасами угля, руд черных и цветных металлов; имеются месторождения редких и благородных металлов, калийных солей и фосфатных руд, асбеста и других полезных ископаемых.

Ускоренными темпами развивается добыча рудных и нерудных полезных ископаемых. Важное значение имеет полное извлечение полезных ископаемых из недр, рациональное и комплексное их использование, максимально возможное извлечение ценных компонентов на всех стадиях переработки. Во многих случаях общая ценность сопутствующих полезных компонентов равна ценности основного компонента, а иногда даже превышает ее.

Правительство Казахстана уделяет большое внимание развитию горнодобывающей промышленности республики.

1 Структура мировой добычи минерального сырья и виды добываемых твердых полезных ископаемых

1.1 Казахстан на мировом рынке горнорудного сырья

В разделе дан обзор современного состояния горнорудного сырья Казахстана на мировом рынке и перспективы его развития.

По данным [1,2] в мире насчитывается около 170 горнодобывающих стран. Распределение стран, добывающих свыше 30 минеральных продуктов, представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Распределение основных горнодобывающих стран по

количеству добываемых минеральных продуктов.

Казахстан является крупнейшим в мире производителем рения (второе - третье места), бе­риллия (первое - четвертое места), хромовой руды, феррохрома, титановой губки (второе место), марганцевой руды, ферросплавов, тантала, асбеста, ниобия, галлия, технического таллия, мышьяка (третье место), урана (четвертое место), ванадия (пятое место), висмута (шестое место), рафиниро­ванной меди, цинка, кадмия, бора, серы (седьмое место), что раскрыто ниже.

Твердое энергетическое сырье.

Для казахстанской экономики угольная отрасль является традиционной. Обладая значительными запасами и мощностями по добыче угля, республика, за­нимая достойное место в мировом угольном рейтинге (рисунок 2).

Рисунок 2 - Годовой объем добычи угля в мире, млн. т

Республика обладает значительными запасами урана (19% разведанных и 25% прогнозируе­мых мировых запасов) и разделяет с Австралией по этому показателю первое - второе место в ми­ре. Годовой объем добычи урана с указанием места Казахстана представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Годовой объем добычи урана в мире, т

Черные металлы

По оценке Геологической службы США ресурсы железной руды в мире составляют 800 млрд. т, из них на США приходится, 110 млрд.т. По оценкам отечественных геологов Казахстан обладает 4% мировых запасов этой руды. Основной объем ее добычи (более 70%) приходится на Китай, Бразилию, Австралию, Россию, Индию (рисунок 4). Казахстан добывает 17,7 млн. т. руды, в прежние годы добывал до 35 млн. т в год.

Рисунок 4 - Объем добычи железной руды в мире, млн. т

Республика обладает большими запасами высококачественной хромовой руды - 316 млн. т, что составляет 19% мировых запасов. В мире добывается 14 млн.т. хромовых руд. По этому пока­зателю республика занимает третье место в мире (рисунок 5).

Рисунок 5 - Объем добычи хромовых руд в мире, млн.т

Значительное количество ферросплавов получается на основе марганца. Казахстан занимает третье место в мире по запасам марганцевых руд (429 млн. т) после Украины (2,25 млрд. т) и ЮАР (1 млрд. т). Общие мировые запасы руд оцениваются в 23 млрд. т. Мировое производство составляет порядка 24 млн. т в год. Крупнейшими производителями являются Украина - 5,5, Ки­тай - 5, ЮАР - 2,8; Австралия - 2,3 млн. т. Казахстан добывает 1,9 млн.т. марганцевой руды и по этому показателю вышел на пятое место в мире.

Казахстан, занимая первое место в мире по запасам вольфрама (1551 тыс. т в пересчете на металл, или почти 50% мировых запасов, составляющих 3188 т), имеет очевидные перспективы в возрождении отрасли.

Мировая добыча молибдена составляет 137 тыс.т. Показатели стран по производству молиб­дена приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Объем добычи молибдена в мире, тыс. т

Мировые природные запасы ванадия (в пересчете на пента-оксид) оцениваются примерно в 28 млн. т, а прогнозные - в 100 млн. т. Казахстан, по данным отечественных геологов, занимает первое место в мире по запасам ванадия.

В республике находится 37 месторождений никеля и кобальта. Достигнутый объем добычи 19,9 тыс. т. В Казахстане 82,7% запасов попутного кобальта находятся в магнетитовых и 16,5% - в силикатных никель-кобальтовых рудах.

Цветные металлы

Казахстан традиционно является медной страной, занимая в мире девятое место по запасам (балансовые запасы по всем категориям оцениваются в 34,5 млн. т) (рисунок 7), десятое - по добыче меди, седьмое - по производству рафинированной меди, четвертое - по экспорту.

Рисунок 7 - Мировые запасы меди по странам, млн. т

Добыча меди осуществляется в 17 странах мира, годовой объем добычи составляет 13,4 млн. т (по содержанию в руде). В Казахстане в год добывается 36,7 млн. т. медной руды.

Рисунок 8 - Объем добычи меди в мире (тыс. т по содержанию

металла в руде).

Запасы цинка в мире по данным Геологической службы США на начало 2001 г. составляют 190 млн. т, из них в Китае - 34, Австралии - 32, США - 25, Канаде -11, Перу - 8, Мексике -6 млн. т. В ми­ре 37 странами в год добывается 8,9 тыс. т цинка (по содержанию в руде) (рисунок 9).

Рисунок 9 - Объем добычи цинка в мире (тыс. т по содержанию

цинка в руде).

Казахстан по данным отечественных геологов обладает 14,8 млн. т подтвержденных запасов и базой запасов в 27,3 млн. т свинца. Эти показатели расходятся с данными Геологической службы США, оценивающей их следующим образом: Австралия - 28, Китай - 36, США - 20, Казахстан - 7, Перу - 4, Канада - 9, ЮАР - 3, Мексика - 2, Марокко - 1, Швеция - 1, всего в мире - 140 млн. т.

Годовой объем добычи свинца в мире составляет 2900 (тыс. т по содержанию металла в кон­центрате). Казахстан занимает почетное 12 место (рисунок 10).

Рисунок 10 - Объем добычи свинца в мире

(тыс. т по содержанию металла в концентрате).

Казахстан является одним из ведущих производителей глинозема и бокситов на мировом рынке. Мировые ресурсы бокситов оцениваются в 55 - 75 млрд. т и находятся в Южной Америке (33%), Африке (27), Азии (17), Океании (13) и в прочих регионах (10%). Годовой объем добычи бокситов представлен на рис. 11.

Рисунок 11 - Объем добычи бокситов в мире (млн. т по сухому весу).

Драгоценные металлы

Обладая запасами золота в 902,1 т и базой запасов в 1140,7 т, Ка­захстан занимает по этим показателям девятое место в мире, шестнадцатое - по его рудничному производству. В республике разведаны 199 промышленных месторождений золота, в т. ч. 127 ко­ренных, 40 комплексных, 32 россыпных. Производство золота из руд и концентратов (т) пред­ставлено на рисунке 12.

Рисунок 12 - Мировое производство золота из руд и концентратов, т

По данным Геологической службы США, мировые запасы серебра характеризуются следующими данными: Мексика - 40, Перу - 37, Австралия - 37, Китай - 115, США - 80, Канада - 35, всего в мире - 520 млн.т. По данным отечественных геологов запасы серебра в Казахстане составляют 13,4 тыс. т и база запасов - 44,5 тыс. т. Годовой объем добычи серебра (т) в мире приведен на рисунке 13.

Прогнозные ресурсы платиноидов в Казахстане составляют около 3 тыс. т. Они могут быть извлечены из упорных руд, отходов.

Запасы природного радиоактивного изотопа «Осмий - 187» оцениваются в 1702 кг, произво­дится «Осмий - 187» в Казахстане до 12 кг в год.

Рисунок 13 - Объем добычи серебра в мире, т

Запасы рения в мире оцениваются в 2400 т: Чили - 1300, США - 390, Россия - 310, Казахстан - 190, Армения - 95, Перу - 45. Объем добычи рения в мире характеризуется данными представленными на рисунке 14.

Рисунок 14 - Объем добычи рения в мире, т

Казахстан обладает значительными запасами ниобия. Основные виды природного сырья - пирохлор и колумбит, в которых этот металл содержится вместе с танталом. Его балансовые запа­сы - в 5582,8 т. Мировая добыча ниобия в год составляет 25700 т. Основными производителями являются Бразилия (22000т.), Канада (3200т.), Австралия (300т.), Руанда (120т.), Казахстан (37т.), Нигерия (30).

Мировые природные ресурсы бериллия оцениваются более чем в 707 тыс. т по содержанию металла. По данным Британской геологической службы, в 2000 г. производство бериллия состави­ло (т): США - 4510, Китай - 1400, Россия - 1000, Казахстан - 424, Мадагаскар - 30.

В 80-е годы СССР по производству губчатого титана занимал первое место в мире, выпус­кая его около 80 тыс. т в год - в 4 раза больше, чем США.

Производство этого продукта на настоящее время характеризуется данными, представленными на рисунке 15.

Рисунок 15 - Мировое производство титановой губки, тыс. т

Мировое производство первичного магния по оценкам составляет 419 тыс. т, в т. ч. (тыс. т): в Китае - 142,2; США - 70, Канаде - 64, Норвегии - 41,4; России - 35,5; Израиле - 31,7; Франции - 16,5; Казахстане - 10,3.

Более 97% тантала производится в Австралии, Бразилии и Казахстане. Его запасы в респуб­лике составляют 2508 т. Всего в год производится 1300 т. тантала. Его мировая добыча представ­лена на рисунке 16.

Рисунок 16 - Мировая добыча тантала, т

По объему добычи кадмия Казахстан находится на шестом месте в мире. Его мировые ре­сурсы, базирующиеся на месторождениях цинка, содержащих около 0,3% кадмия, оцениваются примерно в 0,6 млн. т. Австралия - 110, США - 90, Канада - 55, Мексика - 35, Казахстан - 25, Рос­сия - 16, Китай - 13, Япония - 10, прочие страны - 250 тыс. т. Производство кадмия в мире харак­теризуется данными рисунка 17.

Рисунок 17 - Мировое производство кадмия, т

Несмотря на коммерческую тайну, которую хранят производители, по оценкам Геологиче­ской службы США, ежегодное производство первичного галлия оценивается примерно в 100 т. Его крупнейшими производителями являются Германия, Япония (22 т), Казахстан (22 т), Россия; рафи­нированного галлия - Япония (94 т), Франция (33), Казахстан (22 т).

Мировые ресурсы таллия, содержащиеся в цинковых месторождениях, составляют 17 тыс. т. Ресурсы в размере 630 тыс. т, заключены в мировых ресурсах угля. Запасы и база запасов таллия в мире оцениваются в 380 и 650 т.

В Казахстане добывалось значительное количество таллия - побочного продукта при перера­ботке медных, цинковых и свинцовых руд. Его производство достигало 3,75 т, что составляет 25% его мирового уровня.

Основные производители висмута: Мексика - 1112 т, Перу - 1000, Китай - 855, Япония - 520, Канада - 243, Казахстан - 100 т.

Казахстан обладает большими возможностями добычи и извлечения индия из руд полиме­таллических месторождений. В СНГ 65% индия производилось в России, 28% - в Узбекистане; 3,5% - на Украине; 3,5% - в Казахстане.

Мировые ресурсы ртути оцениваются в 600 тыс. т и находятся в основном в Киргизии, Рос­сии, Словении и Италии. Если исходить из содержания этого металла в тонне свинцово-цинковой руды, которой ежегодно добывается более 5,7 млн. т, то производство ртути в Казахстане может достигать 100 -108 т в год.

Крупнейшие производители германия: Китай - 24-27, США - 23, Бельгия - 22 т. По экс­пертным оценкам, в 1991 г. структура его добычи по СНГ была следующей (%): Украина - 66, Казахстан - 17, Россия - 14, Таджикистан - 3. Доля в производстве: Украина - 64%, Россия - 36%. В Казахстане запасы германия содержатся в рудах цветных металлов, а также в железных рудах.

Казахстан обладает технологиями по производству целой гаммы редкоземельных металлов и редкоземельных элементов. Мировое производство редких земель составляет 75 тыс. т.

Приведенные данные подтверждают высокий рейтинг Казахстана на мировом рынке мине­рального сырья. Производя по оценочным данным около 2,2 % твердых, жидких и газообразных минеральных продуктов (рисунок 18), республика обязана обеспечить высочайший уровень собствен­ной экономики.

Рисунок 18 - Доля ведущих горнодобывающих стран в общем объеме

добываемых минеральных продуктов.

Однако доля потребления минеральных продуктов в стране очень низка, что указывает на необходимость ускоренного создания новейших перерабатывающих производств горнорудного сырья, в том числе предприятий машиностроения [3]. На воплощение этой идеи в жизнь должно быть направлено выполнение программы индустриально-инновационного развития республики. Ее реализация служит базой для гармоничного развития всей экономики Казахстана.