книги из ГПНТБ / Горное дело учеб. пособие для горных техникумов

§ 4. Фнзпко-мехаїшческая характеристика руд п вмещающих пород

Физико-механические свойства руд и вмещающих пород являются главным фактором, определяющим выбор системы и технологию добычи. Наиболее существенными из этих свойств являются кре­ пость и устойчивость.

К р е п о с т ь — способность горных пород сопротивляться раз­ рушению от воздействия внешних сил. Она является комплексным свойством горных пород и определяется такими свойствами, как твердость, вязкость, трещиноватость, наличие прослоек и вклю­ чений. Крепость характеризует сопротивляемость горных пород бурению и взрыванию — главнейших технологических операций при добыче руд.

Для характеристики крепости горных пород пользуются клас­ сификацией проф. М. М. Протодьяконова, согласно которой -все породы разделены на 10 категорий.

Коэффициент крепости по М. М. Протодьяконову — это пока­ затель относительной крепости горной породы в самых разнообразных условиях, имеющих значение в горном деле. Поэтому им пользуются при определении величины горного давления, при характеристике горных пород и т. п.

Коэффициент крепости есть отвлеченное число, представляющее собой одну сотую часть временного сопротивления данной породы

для расчета норм и различных расходных показателей применительно к отдельным производственным процессам, например бурению, взрыванию.

У с т о й ч и в о с т ь характеризует способность горных пород при той^или иной площади обнажения не обрушаться. Она является основным признаком для выбора большинства подземных систем разработки.

обнажения кровли и боков выработки. К ним относят плывуны, сыпучие и рыхлые породы.

Н е у с т о й ч и в ы е , допускающие небольшое обнажение кро­ вли, но требующие прочного поддержания ее вслед за выемкой.

С р е д н е й у с т о й ч и в о с т и , допускающие обнажение кро­ вли на большой площади, но требующие поддержания при длитель­ ном обнажении.

У с т о й ч и в ы е , допускающие обнажения на большой площади и нуждающиеся в поддержании только в отдельных местах.

О ч е н ь у с т о й ч и в ы е , допускающие обнажения на боль­

ность строения, почти исключающая наличие трещин и слоистости. Трещиноватые руды подразделяют на слаботрещиноватые, разбитые трещинами на блоки размером от 600 до 1500 мм, и сильнотрещино­ ватые, разбитые сетью трещин на блоки размером до 600 мм.

Трещиноватость влияет на устойчивость рудного массива и кусковатость отбитой руды. Поэтому при выборе направления для бурения глубоких скважин необходимо учитывать направление трещиноватости.

Р а з р ы х л я е м о с т ь ю называют способность руды (пород) увеличиваться в объеме после разрушения. Величину разрыхля­ емое™ характеризуют коэффициентом разрыхления, выражающим отношение объема отбитой руды к объему, который она занимала в массиве. Величина коэффициента разрыхления находится в пре­ делах от 1,1 до 2.

Отбитая руда неоднородна по крупности. Крупность-и коли­ чественное соотношение кусков различных размеров в массе отбитой

На каждом горнорудном предприятии принят максимальный размер кусков руды, которые можно выдавать из добычного блока

от 300 до 700 мм и очень редко до 1000 мм, на открытых работах — 1200 мм.

Куски руды размером больше кондиционного называют н е г а ­ б а р и т о м .

Большой выход негабарита резко снижает производительность доставки руды на подземных работах и погрузки на открытых, увеличение стоимости добычи 1 т руды.

С л е ж и в а е м о с т ь ю называют способность руды в непод­ вижном состоянии превращаться в плотную компактную массу. Слеживаемость является отрицательным свойством руд, так как вызывает ряд затруднений в процессе разработки. Ею обладают руды, в которых присутствует глинистый материал, а также неко­ торые сульфидные руды вследствие окисления и образования на поверхности кусков руды пленки спекающихся сз^льфатов.

В о з г о р а е м о с т ь ю называют склонность некоторых кол­ чеданных руд с высоким содержанием серы загораться от открытого огня. Отбитая колчеданная руда может самовозгораться вследствие ее окисления и выделения при этом большого количества тепла.

Г л а в а I I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНОГО СПОСОБА РАЗРАБОТКИ. ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

§ 1. Основные стадии разработки и терминология

При разработке месторождений полезных ископаемых подземным

В с к р ы т и е — проведение горных выработок с. земной по­ верхности, открывающих доступ к полезному ископаемому. Глав­ ными вскрывающими выработками являются шахтные стволы и штольни. Они предназначены для транспортирования полезного ископаемого и пустых пород под землей на земную поверхность, доставки людей, материалов, оборудования к рабочим местам, водоотлива, вентиляции и других целей. Кроме главных вскрыва­ ющих выработок для вскрытия месторождений используют вспомо­ гательные стволы, предназначенные для проветривания шахт. Ниже­ лежащие горизонты могут вскрываться слепыми стволами.

при помощи которых вскрываемая часть месторождения разби­ вается на отдельные выемочные участки — этажи, блоки, панели, столбы. Выработки, проводимые при подготовке, называются подго­ товительными. К подготовительным выработкам относятся откаточ­ ные орты и штреки, блоковые восстающие, служащие для транспор­ тирования горной массы и оборудования, передвижения людей, вентиляции и других целей. В тех случаях, когда подготовительные выработки проводят по пустым породам, их называют полевыми.

Из подготовительных выработок выделяют нарезные, которые проводят в пределах блоков, панелей. Это выработки горизонтов доставки (орты и штреки) для транспортировки руды от дучек к ру­ доспускам и вторичного дробления. Выработки горизонта доставки при помощи восстающих соединяют с откаточными выработками. К нарезным выработкам также относят рудоспуски, ходовые, мате­ риальные, вентиляционные, буровые и хозяйственные восстающие.

О ч и с т н о й в ы е м к о й называется комплекс производ­ ственных операций, проводимых в подготовленных блоках, с целью выемки полезного ископаемого. Очистная выемка состоит из сле­ дующих операций: отбойки руды, доставки ее до откаточного гори-

зонта, поддержания выработанного пространства. Подробная харак* теристика этих операций рассмотрена в главе V I I I .

Системой разработки называют определенный порядок подго­ товки и очистной выемки во времени и пространстве, принятый для отработки месторождения или его части.

Добычу руды подземным способом ведут горные предприятия н.а отведенных для них месторождениях или их участках (горных, отводах).

Р у д н и к о м называется горное предприятие, разрабатыва­ ющее месторождение или часть его и состоящее из одной или не­ скольких шахт, штолен и других производственных единиц. Каи

б

Рудничное попе

Рис. 2. Рудничные и шахтные поля:

а и б — месторождения из одного рудного тела; в — из нескольких рудных тел; о. с. — основной ствол; в. с. — вспомогательный ствол.

зяйственная единица горного предприятия, разрабатывающая под­

В зависимости от условий залегания, конфигурации месторожде­ ния, его протяженности в состав рудничного (шахтного) поля може? входить одна или несколько залежей (рис. 2).

Отрабатываются месторождения подземным способом сверху вниз. При разработке наклонных и крутых месторождений шахтное поле разбивается подготовительными выработками на этажи, а равработка пологих месторождений — на панели.

Э т а ж о м называется часть месторождения, ограниченная по падению откаточными выработками, а на флангах — границами

шахтного поля. Расстояние между двумя откаточными горизонтами называется высотой этажа.

Б л о к — часть месторождения в пределах этажа прямоугольной формы, образующая самостоятельный выемочный участок. В зави­ симости от горно-геологических условий и организации работ блок отрабатывают одним или несколькими добычными участками. Основ­ ными параметрами блока являются высота и ширина. Ширина блока равна мощности залежей. Длина блока по простиранию зависит от условий залегания месторождения, принятой системы разработки, способа доставки руды. При отработке мощных месторождений со скреперной доставкой руды длина блоков принимается 50—60 м.

§2. Классификация подземных горных выработок

Взависимости от расположения выработок в пространстве раз­ личают вертикальные, горизонтальные и наклонные. Взаимное

расположение выработок показано на рнс. 3.

Ш а х т н ы й с т в о л 1 — вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверх­ ность и служащая для подъема полезного ископаемого и пустой породы, транспортировки различных грузов, спуска и подъема людей, вентиляции, водоотлива. Для выполнения этих работ стволы оборудуют подъемными установками. По ним прокладывают электри­ ческие ка.белп, трубы для воды и сжатого воздуха.

Вспомогательные стволы имеют различное назначение. Они могут служить для проветривания шахты, спуска закладочного материала и других целей. В большинстве случаев стволы имеют круглую или прямоугольную форму сечения, редко эллиптическую. Стволы крепят бетонной или железобетонной крепью, а в особо неблагоприятных условиях — металлическими тюбингами.

Стволы, не имеющие непосредственного выхода на поверхность, называют слепыми 2. Их назначение то же, что и обычного шахтного ствола.

Ш т о л ь н я 3 — горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для тех же целей, что' и шахтный ствол. Крепление штолен не отли­ чается от крепления основных откаточных выработок.

К в е р ш л а г 4 — горизонтальная горная выработка, не име­ ющая непосредственного выхода на земную поверхность и прой­ денная вкрест простирания по пустым породам. В тех случаях, когда горизонтальная выработка пройдена вкрест простирания по руде, ее называют ортом. Орты различают откаточные 5 и подэтажные 6.

Ш т р е к 7 — горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность. В отличие от квершлагов и ортов штреки проводят по простиранию рудного тела. Штрек, проведенный по пустым породам, называют полевым 7, в рудном теле — рудным 8. Штреки, расположенные на уровне

горизонтов доставки, называют подэтажными. Для стока воды.й об­ легчения откатки грузов горизонтальные выработки проводят с не^ большим уклоном в сторону ствола.

В зависимости от крепости пересекаемых горных пород, O H H J даемого горного давления и срока службы горизонтальные выработки крепят деревянной, металлической крепью или бетоном. При устойчивых породах выработки или не крепят совсем, или крепят набрызг-бетоном, штанговой крепью. В зависимости от применяе­ мого типа крепи горизонтальные выработки имеют трапециевидную, сводообразную или прямоугольную форму. В слабых и неустой­ чивых породах откаточным выработкам придают круглую форму.

Рис. 3. Взаимное расположение подземных горных выработок.

В о с с т а ю щ и й 9, 10 — вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную по­ верхность. Восстающий служит для спуска руды полезного иско­ паемого, подъема и спуска материалов, перемещения людей, про­ ветривания. В зависимости от назначения восстающие имеют не­ сколько отделений (обычно два-три). В этих случаях они крепятся срубовой крепью. Капитальные восстающие, обслуживающие один или несколько горизонтов, крепят бетоном.

Ш у р ф 11 — вертикальная горная выработка, обычно малого сечения и небольшой глубины, имеющая непосредственный ВЫХОД на земную поверхность и предназначенная для разведки место­ рождения, вентиляции, спуска материалов.

У к л о н — наклонная горная выработка, не имеющая непо­ средственного выхода на земную поверхность и служащая для подъема грузов с нижнего горизонта на верхний, механическим способом.

Б р е м с б е р г — наклонная горная выработка, подобная укло­ ну, но предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхнего горизонта на нижний механическим способом.

На каждом горизонте непосредственно у ствола шахты про­ водят ряд выработок для приема и разгрузки вагонеток, доставки

12

Рис. 4. Рудничные дворы железорудных шахт:

материалов, передвижения рабочих, водоотлива, электрбснабжения и т. д. Совокупность всех этих выработок называют околоствольным двором. Форма и размеры околоствольных дворов зависят от произ­ водительности шахты, способа подъема рз7ды (клетевого или скипо­ вого). На шахтах большой производительности применяются коль­ цевые околоствольные дворы (рис. 4, а), на шахтах небольшой про­ изводительности — тупиковые (рис. 4, б).

§ 2. Рудничный рельсовый путь и его строение

Основными элементами рельсового пути являются: нижнее строение—-почва выработки и верхнее строение, состоящее из балластного слоя, шпал, рельсов, рельсовых скреплений и стрелоч­ ных переводов.

В шахтах основной поток грузов направлен от забоев к стволу шахты, поэтому все главные откаточные выработки проводят с укло­ ном в направлении ствола шахты. Обычно принимают уклон равного сопротивления, при котором сопротивление движению груженого поезда под уклон равно сопротивлению движения порожнего поезда на подъем. Уклон откаточных путей принимают равным 6 % 0 .

Балластный слой предназначен для равномерного распределения давления, воспринимаемого шпалами, на основание пути. Он позво­ ляет устранить неровности на почве выработки и смягчить удары

В подземных выработках широко применяют деревянные шпалы из сосны. Они упруги, просты в изготовлении, дешевы и удобны для крепления рельсов. Однако срок службы деревянных шпал неболь­ шой. Для его увеличения (до 5—8 лет вместо обычных 2—3 лет)

Металлические и железобетонные шпалы не применяют для прокладки постоянного рельсового пути в шахтных условиях вслед­ ствие их большой электрической проводимости.

Между рельсами и шпалами устанавливают подкладки, которые совместно с костылями скрепляют рельсы со шпалами. Рельсы между собой соединяют накладками при помощи болтов.

При откатке контактными электровозами рельсы являются обратным электрическим проводом, поэтому необходимо их надежное электрическое соединение в стыках. Это достигается установкой медной пластинкп под накладкой, привариванием металлических перемычек или сваркой рельсовых стыков.

Для соединения рельсовых путей между собой применяют стре­ лочные переводы. Управление стрелочными переводами бывает ручным и дистанционным — из центрального диспетчерского пункта или с движущегося электровоза.

Рельсовый путь нуждается в систематическом. надзоре. Самым трудоемким процессом при этом является очистка путей и водоот­ водных канавок от просыпавшейся при транспортировании руды и грязи. Хорошо зарекомендовал себя в практике комбайй для уборки выработок К У В , созданный институтом Гипрорудмаш. Комбайн