книги из ГПНТБ / Воробьев Б.М. Основы технологии горного производства. Введение в специальность учеб. пособие

§ 1. Г О Р Н Ы Е В Ы Р А Б О Т К И

В результате выемки полезных

ископаемых и л и пород в самом

месторождении и л и в

о к р у ж а ю щ и х

породах образуются полости —

горные выработки .

Горные выработки

бывают открытые и подземные.

разделяют на горизонтальные, вертикальные и н а к л о н н ы е . В

зави ­

симости от р а с п о л о ж е н и я выработки по отношению к з а л е ж и

полез ­

ния

и д л я п е р е д в и ж е н и я

людей. По горным выработкам ц и р к у л и ­

рует

в о з д у ш н а я с т р у я , в

них размещают различное оборудование,

ные, сжатого воздуха)

и электрические

кабели .

Д л я сохранения необходимых

размеров

поперечных

сечений

подземных

выработок

в большинстве

случаев

устанавливают спе­

ц и а л ь н ы е конструкции, называемые горной крепью .

Горные выработки проводят по простиранию пласта или

з а л е ж и

полезного

ископаемого,

по восстанию,

по

падению и вкрест

прости­

р а н и я и л и под некоторым углом к

простиранию .

нию делят

на:

1 Глава

написана И. К. Китом.

к а п и т а л ь н ы е , обслуживающие

подземное

хозяйство ш а х т ы

в те­

чение всего срока р а з р а б о т к и шахтного п о л я

или его к р у п н о й

части

(этажа, панели);

подготовительные выработки,

в результате проведения которых

подготовительные выработки с

очистными;

очистные выработки с л у ж а т

д л я непосредственной добычи полез ­

ного ископаемого.

Р и с . 13. Схемы

к п о я с н е н и ю элементов г о р н ы х выработок:

а — п о д з е м н а я выработка; б —

открытая

н а к л о н н а я

выработка (траншея); в — открытая

г о р и з о н т а л ь н а я

выработка

( т р а н ш е я )

ность,

ограничивающую

выработку сверху, — кровлей 3.

П о в е р х ­

ность

г о р н ы х пород, о г р а н и ч и в а ю щ а я

горную

выработку

и

переме­

щ а ю щ а я с я в результате ведения

горных работ,

называется

забоем

4.

Н а ч а л о горной выработки, и л и

место

выхода

ее на земную

поверх ­

ность, и л и место п р и м ы к а н и я к другой выработке называется

устьем.

В открытых горных выработках (рис. 13, б, в) различают почву

5,

борта

6 и забой 7.

Подземные горные выработки . Основные

подземные

выработки

ш а х т ы и и х взаимное расположение

п о к а з а н ы

на рис. 14.

Необхо ­

димо отметить, что выработки одного

н а з в а н и я

могут занимать раз ­

личное пространственное

положение .

Шурфом

В е р т и к а л ь н ы е

г о р н ы е

в ы р а б о т к и .

называется в е р т и к а л ь н а я (реже н а к л о н н а я ) г о р н а я выработка

обычно

Р и с .

14.

В з а и м н о е р а с п о л о ж е н и е

п о д з е м н ы х в ы р а б о т

о к и

п о в е р х н о с т н ы х

с о о р у ж е н и й :

а

—

ш а х т н ы й к о п е р г л а в н о г о ствола;

б —

н а д ш а х т н о е з д

а н и е ; в —

з д а н и е п о д ъ е м н о й м а ш и н ы ;

г

—

о б о г а т и т е л ь н а я ф а б р и к а ; 9

— б а ш е н н ы й к о п е р

в с п о м о г а т е л ь н о г о ствола; е — в е н т и л я т о р

г л а в н о г о

п р о в е т р и в а н и я ;

1

—

г л а в н ы й п о д ъ е м н ы й

в е р т и к а л ь н ы й

ствол; 2

—

в е р т и к а л ь н ы й

в с п о м о г а т е л ь н ы й ствол; 3

—

с о п р я ж е н и е в е р т и к а л ь н о г о

ствола с

в ы р а б о т к а м и

о к о л о с т в о л ь ­

н о г о

д в о р а ; 4 — пластовый ш т р е к ; 5 —

п о л е в о й ш т р е к ;

6—7

— в ы р а б о т а н н о е

п р о с т р а н с т в о ;

8

— г е з е н к ; 9 — с л е п о й ствол; 10 —

к в е р ш л а г ; 11 —

з у м п ф ; 12 — н а с о с н а я

к а м е р а

Н а эксплуатационных ш а х т а х ш у р ф ы с л у ж а т

д л я

вентиляции —

вентиляционные,

д л я спуска лесных

материалов

— лесоспускные

и л и

д л я спуска закладочного материала

— закладочные

(последние часто

наклонные) . Ш у р ф ы , к а к правило, оборудуют лестницами,

благодаря

чему их

можно

использовать к а к запасные выходы

д л я

людей

из

ш а х т ы

на поверхность.

верхность

и предназначена

д л я о б с л у ж и в а н и я подземных эксплуата ­

ционных

или

геологоразведочных

работ. В

последнем случае

т а к у ю

выработку называют стволом разведочной шахты .

Шахтные стволы имеют

значительные размеры поперечного

сече­

н и я и большую глубину, чем шурфы . В отдельных с л у ч а я х

глубина

стволов превышает 1000 м.

В зависимости от вида крепи

ш а х т н ы й

ствол

имеет

п р я м о у г о л ь ­

ную

и л и

к р у г л у ю (в большинстве

случаев) форму

поперечного

сече­

н и я

(рис. 15).

Ш а х т н ы й

ствол

я в л я е т с я

к а п и т а л ь н о й

горной вы­

работкой

со сроком с л у ж б ы , равным, к а к

правило, сроку

с л у ж б ы

Е с л и

на шахте находятся в действии два ствола, то один ствол

называют

главным

(по нему выдают на поверхность добытое

полезное

ископаемое), а второй ствол — вспомогательным.

Этот

ствол с л у ж и т

д л я

выдачи

из ш а х т ы

породы,

спуска

материалов

и

оборудования .

П о

этому

стволу производят

т а к ж е

спуск и подъем

людей. Н а

к р у п ­

ных ш а х т а х

число

стволов

может

достигать

шести — восьми.

П р и

этом отдельные стволы выполняют узкоспециализированные

функции,

в соответствии с чем их называют вентиляционными,

водоотливными,

закладочными стволами и т. д.

Ш а х т н ы й

ствол в

зависимости

от

вида

подъемной

установки,

которым

он оборудован,

называют

скиповым,

клетевым,

скипокле -

тевым.

Слепой

шахтный

ствол,

в отличие

от шахтного

ствола,

не

имеет

выхода на

поверхность .

Гезенком

называют

в е р т и к а л ь н у ю

горную

выработку,

которая

не

имеет

непосредственного

выхода на поверхность

и

с л у ж и т д л я

с в я з и м е ж д у

рабочими

горизонтами

(см.

рис.

14).

В

большинстве

случаев

полезное

ископаемое

спускается

по

гезенку

самотеком,

превышать

100

м.

Восстающим

называется

в е р т и к а л ь н а я

(или н а к л о н н а я )

г о р н а я

выработка,

к о т о р а я не

имеет выхода на

поверхность,

проводится

по восстанию и

с л у ж и т

д л я

целей разведки и л и э к с п л у а т а ц и и .

Г о р и з о н т а л ь н ы е

г о р н ы е

в ы р а б о т к и .

Почти

все горизонтальные выработки имеют незначительный

у к л о н д л я

обеспечения

стока рудничных вод и облегчения откатки

г р у ж е н ы х

работки,

имеющие

непосредственный

выход

на

поверхность .

Тоннель

— г о р и з о н т а л ь н а я

г о р н а я выработка

(реже н а к л о н н а я ) ,

к о т о р а я

имеет два

выхода на

поверхность

(с

обеих

сторон).

Тоннели

на п р е д п р и я т и я х горнодобывающей промышленности

встречаются

крайне редко.

Штольня

— г о р и з о н т а л ь н а я г о р н а я

выработка,

к о т о р а я имеет

непосредственный

выход на

поверхность

и

с л у ж и т

д л я разведки

нию и вкрест п р о с т и р а н и я месторождения .

Ч а щ е

всего

ш т о л ь н и

имеют трапециевидную и л и сводчатую форму

поперечного

сечения .

Штольни можно применять только п р и гористом и л и холмистом

рельефе местности. Обычно ш т о л ь н я я в л я е т с я

главной

к а п и т а л ь н о й

выработкой, имеющей значительный срок службы .

Квершлаг

— п р о т я ж е н н а я г о р и з о н т а л ь н а я

г о р н а я

выработка, ко ­

т о р а я

не

имеет

непосредственного выхода на

поверхность

и

прово ­

дится

под

углом

к простиранию месторождения, чаще

всего

вкрест

п р о с т и р а н и я

(см. рис. 14). К в е р ш л а г и , к а к и ш т о л ь н и ,

имеют

трапе ­

циевидную и л и сводчатую

(арочную)

форму

поперечного

сечения.

П р и проведении к в е р ш л а г о в

по

крепким и устойчивым породам они

могут

оставаться

без

к р е п и

в

течение

длительного

времени.

Штрек

—

п р о т я ж е н н а я

горизонталь ­

н а я г о р н а я выработка,

к о т о р а я

не

имеет

непосредственного

выхода на

поверхность

и проводится

целиком или частично (т. е.

с подрывкой боковых пород) по пласту

полезного

ископаемого

в н а п р а в л е н и и

его

п р о с т и р а н и я

п р и

пологом,

наклонном

и

КруТОМ ПадеНИИ (СМ. рИС. 14)

И В

ЛЮбоМ

р

и с 1 6 . В з а и

м н 0 е расположение

н а п р а в л е н и и

При

ГОрИЗОНТаЛЬНОМ Залега-

орта и штреков в мощном пласте:

нии . Ш т р е к и ,

которые

проводятся

по

по-

.°P*j_

^ - е П е ж а ч е " к а

родам,

называют

полевыми.

В

зависимости

от

основного

н а з н а ч е н и я

ш т р е к и подразделяют

на откаточные

и

вентиляционные.

В откаточных

ш т р е к а х ,

к а к пра ­

вило,

применяют локомотивный

транспорт . Е с л и

транспортирование

зывают

конвейерным.

Вентиляционные ш т р е к и с л у ж а т д л я отвода

отработанной

струи

воздуха

и д л я вспомогательных целей .

Ш т р е к и имеют трапециевидную и л и сводчатую (арочную)

форму

поперечного сечения. Д л и н а штреков

может достигать

н е с к о л ь к и х

километров .

Орт

—

г о р и з о н т а л ь н а я выработка,

к о т о р а я не имеет

непосредст­

венного

выхода на поверхность . Орты проводят

вкрест

п р о с т и р а н и я

мощного

пласта и л и з а л е ж и м е ж д у ее висячим

и лежачим

боками

(рис. 16). Форма и размеры поперечного сечения

орта и ш т р е к а ана­

логичны .

Просек

—• вспомогательная выработка, к о т о р а я не имеет непосред­

пласту полезного ископаемого

в н а п р а в л е н и и

его п р о с т и р а н и я .

П р о ­

сек имеет

небольшие размеры поперечного сечения и небольшой

срок

с л у ж б ы . Обычно его проводят п а р а л л е л ь н о ш т р е к у и крепят

деревом.

Сбойка

—• н а к л о н н а я и л и

г о р и з о н т а л ь н а я

выработка,

к о т о р а я

Н а к л о н н ы е

в ы р а б о т к и .

Наклонный

ствол — на ­

к л о н н а я выработка,

к о т о р а я

имеет выход на поверхность и

с л у ж и т

д л я тех ж е целей, что и вертикальный ствол. Н а к л о н н ы е

стволы про ­

водятся в большинстве случаев по полезному ископаемому .

Н а к л о н

ствола к горизонту

определяется углом падения пласта и л и

з а л е ж и .

Р е ж е наклонные стволы проводятся по породам, причем угол

н а к л о н а

ствола к горизонту

в этом

случае не

превышает 18°,

т. е.

такого

ходки и скаты .

Бремсбергом

называется

н а к л о н н а я выработка, к о т о р а я не имеет

непосредственного выхода

на поверхность и

проводится

обычно

по пласту полезного ископаемого. Бремсберги

с л у ж а т д л я

спуска

л е ж а щ и й . Бремсберги применяют

только п р и

н а к л о н н о м и

пологом

падении з а л е ж е й .

Уклоном называют н а к л о н н у ю

выработку,

не имеющую

непосред­

полезного ископаемого . У к л о н ы с л у ж а т

д л я

подъема

полезного

ископаемого с н и ж е л е ж а щ е г о

горизонта

на

в ы ш е л е ж а щ и й .

П о п р а в и л а м безопасности

передвижение

людей по

бремсбергам

и у к л о н а м допускается только

в том случае, если

транспортирование

перечного сечения бремсбергов и уклонов

трапециевидная

и л и

свод­

ч а т а я (арочная)

в зависимости от

конструкции

и типа к р е п и .

К а к правило, п а р а л л е л ь н о бремсбергу и у к л о н у т а к ж е в плоскости

пласта

проводят

выработки — ходки,

которые

с л у ж а т д л я

передви ­

ж е н и я

людей и

д р у г и х

целей.

Скатом

называют н а к л о н н у ю

выработку,

проводимую

обычно

по полезному ископаемому и не имеющую непосредственного

выхода

на поверхность .

Скаты

с л у ж а т д л я

спуска полезного

ископаемого

и д р у г и х

грузов

с

вышележащего горизонта

на н и ж е л е ж а щ и й

под

действием собственного веса — самотеком.

Скаты

проводят

п р и

разработке к р у т ы х пластов

и л и

ж и л . В

ска ­

тах устраивают

ходовые

и

углеспускные

(рудоспускные)

отделения .

Н а п р е д п р и я т и я х

горнорудной

промышленности

скаты

н а з ы в а ю т

рудоспусками .

Н а к л о н н ы м и

горными

выработками,

не имеющими

непосредст­

венного

выхода

на

поверхность,

могут быть

печи.

Это

выработки,

боковых

пород. Печи с л у ж а т д л

я

вентиляции,

т р а н с п о р т и р о в а н и я

у г л я , п е р е д в и ж е н и я

людей и т. п.

Печи, проводимые д л я

подготовки

очистной выработки,

называются

разрезными

и л и

рассечными.

П е ч и ,

которые

с л у ж а т д л я

спуска у г л я ,

называются углеспускными,

а д л я

п р о п у с к а

воздуха — вентиляционными.

В

печах

обычно

применяют

ных с л у ч а я х

пр и выбуривании печей по крепкому

углю

они имеют

к р у г л у ю

форму

поперечного

сечения и

оставляются

без

крепи .

К а м е р ы — выработки,

которые имеют небольшую д л и н у по

сравнению с размерами поперечного сечения. Р а з л и ч а ю т

камеры,

проводимые

по

полезному

ископаемому

с целью

его

извлечения,

и камеры, которые с л у ж а т д л я размещения в них машин,

механизмов

и оборудования . К а м е р ы используют т а к ж е дл я размещения

зарядов

взрывчатых

веществ (ВВ) при производстве взрывных работ. Около

главных

и вспомогательных

стволов в шахте и на руднике проводят

р я д камер дл я размещения

оборудования,

механизмов и дл я

д р у г и х

целей.

лов и

предназначенных дл я о б с л у ж и в а н и я

подземного

хозяйства

шахты,

называют околостволъным

двором.

В ы р а б о т к и

н е б о л ь ш о г о

п о п е р е ч н о г о

с е ­

ч е н и я .

К ним относятся ш п у р ы и с к в а ж и н ы , которые

могут

за­

нимать любое положение в пространстве.

Шпур

— это цилиндрическое

углубление,

которое выбуривается

заряда взрывчатых

веществ ил и д л я д р у г и х целей, с в я з а н н ы х с

раз ­

ведкой и разработкой месторождения . Диаметр ш п у р а

составляет

обычно 30—40 мм, а в отдельных

с л у ч а я х

60—75 мм. Д л и н а

ш п у р о в

может достигать 5—10 м. Обычно

ш п у р ы

бурятся длиной

1,5—2 м.

Скважина

— выработка, которая отличается

от ш п у р а

увеличен ­

ными диаметром (100—150 мм и более) и глубиной . Глубина

с к в а ж и н

колеблется от 10 м до нескольких

тысяч метров.

С к в а ж и н ы применяют дл я разведки месторождений

полезных

ископаемых и их добычи (нефть, вода, газ), размещения заряда

взрыв ­

чатых веществ, а т а к ж е дл я п р о к л а д к и кабелей,

спуска

заиловочной

п у л ь п ы и других целей.

Открытые

горные выработки .

Простейшей

открытой

горной

вы­

работкой я в л я е т с я

к а н а в а , которая имеет

п р я м о у г о л ь н у ю

ил и

тра­

пециевидную

форму

поперечного

сечения. В первом случае

стенки

к а н а в ы - д л я

предохранения их от обрушения

обычно

з а к р е п л я ю т .

тах,

а т а к ж е пр и э к с п л у а т а ц и и месторождений открытым

способом.

Н а

открытых р а з р а б о т к а х их обычно используют в качестве

водоула-

в л и в а ю щ и х

и водоотводных

выработок.

Траншея

— это открытая

горизонтальная

или н а к л о н н а я

г о р н а я

выработка

значительной (по сравнению с

ш и р и н о й и

глубиной)

оборудования, д л я

передвижения людей и дл я других

целей

(см.

рис. 13).

бортом.

Б о к о в у ю стенку

траншеи называют

Б о р т

траншеи на­

клонен

к горизонту

под определенным

углом .

Угол наклона

(угол

откоса)

борта траншеи тем больше, чем в более к р е п к и х и устойчивых

п о р о д ах проведена т р а н ш е я . У г о л откоса бортов траншей

колеблется

от 30 до 60°.

Карьером называется совокупность открытых горных

выработок,

мого

открытым способом и оборудованных необходимым

комплексом

оборудования д л я добычи и

т р а н с п о р т и р о в а н и я .

§ 2. Г О Р Н Ы Е П Р Е Д П Р И Я Т И Я

Эксплуатацию и л и р а з в е д к у месторождений полезных

ископаемых

в нашей стране осуществляют производственные

горные

п р е д п р и я ­

т и я .

К

горным п р е д п р и я т и я м

относятся ш а х т ы ,

к а р ь е р ы ,

р у д н и к и .

К а ж д о е горное предприятие наделяется определенным

участком

ных выработок .

Основными х а р а к т е р и с т и к а м и ,

определяющими тип

ш а х т ы , яв ­

л я ю т с я производственная мощность и срок

с л у ж б ы ш а х т ы .

Производственной мощностью

ш а х т ы А

н а з ы в а е т с я

количество

полезного ископаемого в тоннах (или кубических метрах),

добываемое

в единицу времени (сутки, год).

ш а х т ы Т равен периоду, в течение

Срок существования (службы)

паемого Спром в

пределах шахтного п о л я .

М е ж д у этими величинами

имеется

с л е д у ю щ а я зависимость:

( ? п р о м = AT,

Т .

По данным

геологической

разведки

месторождения и сведениям

Е с л и месторождение представлено одиночным

пологим

пластом,

то величина промышленных

запасов будет равна

<?пром =

SHmyc,

где S — размер шахтного

п о л я

по

простиранию,

м;

H — размер шахтного п о л я по

падению,

м;

m — мощность

пласта,

м;

у — объемный вес полезного ископаемого,

т/и8;

с — коэффициент извлечения

полезного

ископаемого

из

недр .

Е с л и известен

размер

шахтного

п о л я по

падению Н,

то

можно

определить размер

шахтного

п о л я

по

простиранию

с

= —JJ

AT

,

М .

О

Нтус

Современные

угольные

ш а х т ы — это крупные

высокомеханизи ­

рованные промышленные горные п р е д п р и я т и я . В

настоящее

время

работают

ш а х т ы с годовой

производственной

мощностью

2—3 млн. т

у г л я . П р о е к т и р у ю т с я

ш а х т ы с годовой производственной

мощностью

3—9 млн . т. Ежесуточно

на такой шахте добывается

8—30

тыс. г

у г л я .

Сроки с л у ж б ы шахт колеблются от 10 до 50 лет и более. Че м к р у п ­

нее ш а х т ы и чем больше

величина запасов

полезного

ископаемого,

тем больше и срок с л у ж б ы

шахты .

Ориентировочное соотношение между производственной мощно ­

стью

ш а х т ы

и ее сроком

с л у ж б ы

приведено

в табл . 2.

Увеличение

производствен-

2

ной

мощности

ш а х т ы

до из -

Т а б л и ц а

вестного предела

обусловливает

С у т о ч н а я д о б ы ч а

М и н и м а л ь н ы й с р о к

повышение

производительности

у г л я , т

с л у ж б ы шахты, ле т

труда

и

снижение

себестои­

мости

добываемого

полезного

ископаемого .

Менее 1000

Менее 30

Горные

п р е д п р и я т и я ,

р а з р а ­

От 1000 до

1500

30

батывающие рудные

месторож­

2000

40

От 3000 до 4000

50

дения,

называют

рудными

ш а х ­

Более 4000

Более

50

тами.

К а ж д о й

рудной

шахте,

к а к и у г о л ь н о й , отводится

опре­

деленный

участок

полезного

ископаемого . Ранее

дл я определе­

н и я

горных

предприятий,

осуществляющих

подземную

р а з р а б о т к у

е р а м и . К а р ь е р у , так ж е ка к и ш а х т е , отводится дл я

эксплуата ­

ции определенный участок месторождения, называемый

карьерным

полем.

ющее

ежесуточно несколько тысяч тонн полезного ископаемого .

Отдельные горные п р е д п р и я т и я дл я обеспечения единого руковод ­

ства,

п л а н и р о в а н и я производства и с н а б ж е н и я объединяются в тре­

сты и

комбинаты .

целесообразно р а з д е л я т ь на несколько частей

д л я р а з р а б о т к и от­

дельными горными п р е д п р и я т и я м и . Шахтным

полем н а з ы в а е т с я