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

того по

простиранию

(рис. 17). П р и

наклонном

и к р у т о м з а л е г а н и я х

пласта

шахтное поле

и з о б р а ж а ю т в

виде проекции на

в е р т и к а л ь н у ю

и г о р и з о н т а л ь н у ю плоскости;

может быть дано

и з о б р а ж е н и е в

пло ­

скости

пласта . П р и

горизонтальном

и пологом

залегании дают

изо ­

бражение шахтного

п о л я в плоскости пласта или проектируют его

на

г о р и з о н т а л ь н у ю

плоскость .

Ш а х т н ы е поля имеют технические границы . П р и

негоризонталь ­

ном

з а л е г а н и и пласта различают верхнюю г р а н и ц у шахтного

п о л я ,

и л и

г р а н и ц у по восстанию АБ

(см. рис. 17), нижнюю границу,

или

Б-Б

А-А

Р и с . 17.

Схема ш а х т н о г о п о л я

границу шахтного поля

по

падению

ВГ,

г р а н и ц ы

шахтного

п о л я

но

простиранию, и л и боковые

г р а н и ц ы

AB

и

БГ.

Эти

г р а н и ц ы

могут

быть

естественными

(линия

геологических

н а р у ш е н и й ,

выход пласта

под

наносы, л и н и я

в ы к л и н и в а н и я

пласта

и др.) и искусственными,

устанавливаемыми

на

основе

технико - экономических

расчетов.

По к о н ф и г у р а ц и и

шахтные п о л я

очень

разнообразны .

Д л я

при ­

мера на рис. 18 приведена

к о н ф и г у р а ц и я

шахтного

п о л я

одной

из

действующих

шахт

Донецкого

бассейна.

Х а р а к т е р н о , что

в

качестве

верхней

г р а н и ц ы

шахтного

п о л я

п р и н я т выход

пласта

под

наносы,

а

н и ж н е й

г р а н и ц е й

я в л я е т с я

техническая

г р а н и ц а

по

одной

из

изогипс

1 .

Естественными

нарушение типа надвига,

а с запада —

л и н и я в ы к л и н и в а н и я пласта .

Д л и н а шахтного

п о л я

по

простиранию

составляет около

6 км,

а по

падению — около

3,8

км .

1 Изогипсой называется

линия, соединяющая на плане или

карте

точки

с одинаковой высотой над уровнем моря или другим произвольно

выбранным

уровнем.

Н а месторождениях с невыдержанными элементами

з а л е г а н и я ,

п р и горизонтальном залегании пластообразной з а л е ж и

и

сравни ­

тельно небольших размерах месторождений часто в качестве

г р а н и ц

шахтного п о л я принимают контур, в пределах которого пласт

сохра ­

Размеры

полей

угольных шахт

по

простиранию составляют

1—5 км и более, достигая иногда 10—12

км, по падению — 1—2,5 км,

п р е в ы ш а я в

ряде случаев

3 км .

П р и разработке

рудных

месторождений

размеры ш а х т н ы х полей

ной промышленности

составляет

о к о л о 500 м и редко

достигает

Ѵ с

2 0 0

т °т д

Ч а с т ь

шахтного поля,

располо -

н о г о п о л я

ж е н н у ю

по

одну

сторону

от шахт ­

ного ствола

и л и

к а к и х - л и б о

д р у г и х к а п и т а л ь н ы х

вскрывающих

выработок,

называют крылом .

Н а

рис . 19

п о к а з а н ы два

к р ы л а

шахтного п о л я — правое к р ы л о

а'б'вег

и левое

к р ы л о

адбб'а'.

Т а к о е

шахтное поле называют двукрылым.

Д в у к р ы л а я

разработка

шахтного

п о л я при прочих

равных у с л о в и я х

позволяет

более интенсивно

выра ­

батывать

запасы

шахтного п о л я .

однокрылыми.

Иногда шахтные п о л я

бывают

К р ы л ь я

ш а х т н ы х

верное крыло шахтного поля . К р ы л ь я шахтного п о л я

разрабатывают

чаще одновременно и реже —

последовательно.

Ч а с т ь шахтного поля дбб'ве,

расположенная

выше места

пересе­

чения пласта шахтным

стволом

или какой - либо

к а п и т а л ь н о й

вскры ­

вающей выработкой, называют

шахтным полем по

восстанию (или

бремсберговым полем,

если

ее

обслуживают

бремсберги).

Ч а с т ь

шахтного п о л я , расположенную н и ж е места

пересечения

пласта ш

а х т н ы м стволом или какой - либо капитальной

вскрывающей

б л и ж е к поверхности, а затем участки — на большей

глубине .

Бремсберговые

и уклонные п о л я разделяют на более мелкие части.

Т а к о е разделение

называют подготовкой шахтного поля

к разработке .

П од подготовкой

ш а х т н о г о п о л я

понимают проведение

г о р н ы х

выработок,

осуществляемое в определенном п о р я д к е после в с к р ы т и я

ш а х т н о г о

п о л я

и

обеспечивающее

подготовку

выемочных

полей .

Р а з л и ч а ю т

два

способа д е л е н и я

ш а х т н о г о

п о л я

на части

(схемы

подготовки

шахтного

поля) — э т а ж н ы й и

п а н е л ь н ы й .

Этажом

называют

часть шахтного

п о л я ,

в ы т я н у т у ю по простира ­

нию (см. рис. 19) и

ограниченную

по восстанию

вентиляционным,

•а —

на э т а ж и ;

б — на п а н е

л и ; 1 — откаточный э т а ж н ы й ш т р е к ;

2 — в е н т и л я ц и о н н ы й

э т а ж ­

ный

ш т р е к ; з

— п а н е л ь н ы й

б р е м с б е р г ; 4

— л ю д с к о й х о д о к ; 5 —

я р у с н ы е

ш т р е к и ; 6 —

г л а в ­

ный т р а н с п о р т н ы й штрек;

7 — г л а в н ы й в е н т и л я ц и о н н ы й

ш т р е к

шахтного п о л я . Н а рис. 19 п у н к т и р н ы м и л и н и я м и п о к а з а н ы

этажные

ш т р е к и , проводимые по п л а с т у . Этажи

р а з р а б а т ы в а ю т

обычно после­

довательно, в н а п р а в л е н и и сверху вниз, ка к это показано

цифрами

на рис . 19, а. Т а к о й порядок

р а з р а б о т к и

называют

н и с х о д я щ и м .

Расстояние h3 по линии

падения

между этажными

вентиля ­

ционным и откаточным ш т р е к а м и называют

длиной этажа

по паде­

h% = h3 sin а.

Д л и н а этажа

по падению пр и разработке пологих и н а к л о н н ы х

пластов

обычно

составляет 100—350 м и более. П р и разработке

к р у ­

тых тонких пластов высоту э т а ж а принимают 100—120 м, а

д л я

мощных

пластов — 50—100 м.

сбергом, т. е. бремсбергом, пройденным в пределах э т а ж а , называется

выемочным полем. Д о начала эксплуатации

выемочные п о л я д о л ж н ы

быть подготовлены к очистной выемке. Под подготовкой выемочного

поля понимают проведение в определенном

порядке

подготовитель­

ных выработок (в данном случае в пределах

этажа),

обеспечивающих

забои

расположены

с

обеих

сторон

от промежуточного

брем­

сберга.

Деление шахтных

полей на

э т а ж и

применяют при любых

у г л а х

з а л е г а н и я пластов, кроме

горизонтального .

Н а

горизонтальных

и

пологих пластах шахтные п о л я

могут

быть разделены на панели

(см. рис. 19). П р и делении шахтного

п о л я

и вентиляционные

7 ш т р е к и . От этих штреков по восстанию

прохо­

дят бремсберги 3 с ходками 4, по падению — соответственно

у к л о н ы

с ходками .

Часть

шахтного

п о л я , расположенную

по одну

сторону

от главных транспортных и вентиляционных штреков,

п р и м ы к а ю щ у ю

к

ним и

обслуживаемую

самостоятельной

наклонной

выработкой

(бремсбергом или уклоном),

называют

панелью . В

бремсберговом

поле

будут

находиться

бремсберговые

панели, в уклонном

поле —

уклонные .

Г р а н и ц а м и бремсберговой панели

я в л я ю т с я : по

восста­

нию — в е р х н я я

г р а н и ц а

шахтного

п о л я ,

по

падению —

г л а в н ы й

транспортный штрек, а

по простиранию к р а й н я я

п а н е л ь

ограни­

чивается

боковой

границей

шахтного п о л я

и границей

с

соседней

панелью .

От

панельного

бремсберга

или у к л о н а в пределах

панели

прово­

дят ярусные ш т р е к и 5, которые делят панель на я р у с ы . Я р у с ы ,

так

ж е

ка к и э т а ж и ,

отрабатывают обычно в нисходящем порядке ка к

в

бремсберговых,

так и

в у к л о н н ы х

п а н е л я х .

Р а з м е р ы

панелей

по

простиранию Sn

принимаются равными

700—2000

м

и

более

и

по

падению

hn

— около 1000—1200 м и более.

П р и

горизонтальном

залегании

пласта

вместо

панельных

брем­

сбергов и уклонов

проводят панельные ш т р е к и . Однако общая схема

деления

шахтного

п о л я

остается такой

же .

К а к п р а в и л о ,

расстояние

между

соседними

ярусными штреками

(или длине

двух лав , если

я р у с разделен

подъярусным

штреком

на

два

подъяруса)

и

колеблется

от

100

до 200 м и

более.

П а н е л и

в

шахтном

поле

отрабатывают

последовательно

сначала

в

бремсберговом,

а

затем

в

уклонном

поле

в

порядке, п о к а з а н н о м

цифрами

на рис

. 19.

сов. Основные комплексы рабочих процессов — проведение

и под­

д е р ж а н и е различных горных

выработок, выемка

полезного

ископа ­

емого и пород — объединены

общим названием

горные

работы.

П р и подземной разработке месторождения полезного

ископаемого

ципом

воздействия

на

породный

массив

д л я его

р а з р у ш е н и я

и л и

у к р е п л е н и я .

Отсюда

в о з н и к л и

различные

термины

в

п р и л о ж е н и и

к горным

работам.

Ручные

работы

— это

работы,

когда

рабочие

выполняют

все

операции

вручную

и л и с помощью ручного инструмента,

н а п р и м е р

лопат .

С

помощью

этих

работ

выполняют

вспомогательные

опера­

ц и и — зачистку

лавы,

сборку

механизмов,

перестановку б у р и л ь н ы х

молотков п р и бурении с пневмоподдержек и др .

Машинные

работы

— основной

способ

производства

горных

ра­

бот,

при

котором

операции

выполняют

с

использованием

горных

машин

(комбайнов,

погрузочных машин,

экскаваторов,

б у р и л ь н ы х

машин и т. п.).

Взрывные

и

буровзрывные

работы

—•

это работы,

при

которых

д л я

отбойки и

дробления

полезного

ископаемого

и л и

породы

ис­

пользуется

энергия

взрыва .

Гидравлический

способ

ведения

горных

работ

х а р а к т е р и з у е т с я

использованием

энергии

струи

воды д л я

р а з р у ш е н и я породы

в забое

и последующего ее транспортирования в безнапорном и л и

напорном

потоке

воды.

Химические

работы

— сравнительно

редкий вид

горных

работ,

п р и котором полезные ископаемые

растворяют на месте их

з а л е г а н и я

и в виде растворов извлекают на поверхность, н а п р и м е р

добыча

солей.

я*

35

В последнее время на горных п р е д п р и я т и я х

начинают

п р и м е н я т ь

физические способы производства

горных работ

(разрушение пород

у л ь т р а з в у к о м , расплав перегретой

водой и др.)-

Н а передовых горных п р е д п р и я т и я х все шире внедряют

комплекс ­

Комплексная

механизация

— это м е х а н и з а ц и я всех взаимосвя ­

занных процессов и операций

с помощью

комплекса машин и

меха­

низмов .

Внедрение

комплексной

механизации

осуществляется

п а р а л ­

сов машин

в шахте

и на поверхности .

Н а

очистных

работах

в у г о л ь н ы х ш а х т а х

ш и р о к о

внедряют

ком ­

плексы оборудования и агрегаты, с помощью

которых механизиро ­

ваны все основные рабочие процессы в лаве: выемка

и н а в а л к а

у г л я

на конвейер,

п е р е д в и ж к а

конвейера, крепление к р о в л и ,

у п р а в л е н и е

горным

давлением .

К о м п л е к с н а я

м е х а н и з а ц и я

и автоматизация

в горной

промышлен ­

ности н а р я д у

с увеличением производительности труда и

снижением

себестоимости

п р о д у к ц и и

обеспечивает

более

безопасные

у с л о в и я

работ.

§ 2. Б У Р О В Ы Е Р А Б О Т Ы

Ш п у р ы

и с к в а ж и н ы

используют

д л я

следующих

целей:

размещения

зарядов

взрывчатого

вещества;

получения данных о геологическом строении т о л щ горных

пород;

предварительного д р е н а ж а

метана из

у г о л ь н ы х

пластов;

подачи

в

выработанное

пространство

заиловочной

глинистой

п у л ь п ы

д л я

п р о ф и л а к т и к и и

т у ш е н и я

подземных

п о ж а р о в

от

само­

в о з г о р а н и я у г л я ;

и з в л е ч е н и я

ж и д к и х

и

газообразных

полезных

ископаемых

и др .

Особые

виды

буровых

работ — это

проходка ш а х т н ы х

стволов

диаметром

2—6 м и более, проведение подготовительных

выработок

проходческими комбайнами, работающими по п р и н ц и п у

б у р е н и я ;

проведение

н а р е з н ы х

выработок

буросбоечными

машинами

(сква­

ж и н ы и печи диаметром 700—800 мм и

более).

Ш п у р ы

и

с к в а ж и н ы

в

зависимости от

их

н а з н а ч е н и я

бурят

с по­

верхности и из подземных горных

выработок .

Б у р о в ы е

работы

относятся

к

машинным

работам,

п о с к о л ь к у ,

к а к п р а в и л о ,

их выполняют

с

помощью

б у р и л ь н ы х

машин .

Процесс

б у р е н и я

включает

в себя следующие операции: р а з р у ш е ­

ние породы

в

забое

ш п у р а и л и

с к в а ж и н ы , удаление

буровой

мелочи

и л и к е р н а ,

п р и необходимости закрепление пробуренной

выработки

(скважины)

обсадными

трубами .

В зависимости от того, к а к и е процессы протекают п р и

р а з р у ш е н и и

П р и

механических

методах б у р е н и я порода р а з р у ш а е т с я в ре­

зультате

воздействия

на нее бурового инструмента .

И з физических методов бурения промышленное применение

п о л у ­

чило термическое

бурение с к в а ж и н на

открытых

работах . Этот

метод

основан на

р а з р у ш е н и и

породы в

забое с к в а ж и н ы под

воздействием

высокой температуры газового потока, выходящего из сопла

г о р е л к и

со сверхзвуковой

скоростью . Р а з р у ш е н н у ю породу удаляет

из

забоя

с к в а ж и н ы

поток

отработанного

газа

и п а р а ,

который

образуется

при

о х л а ж д е н и и

горелки

водой.

Д р у г и е физические

методы —

бурение с помощью

у л ь т р а з в у к а ,

и н ф р а з в у к а , метод, основанный на электрогидравлическом

эффекте

(электрический р а з р я д

в

жидкости)

— пока

находятся

в

стадии

экспериментирования .

В

дальнейшем

будут

рассмотрены

только механические

способы

сведения о

б у р и л ь н ы х

м а ш и н а х .

а

Р и с . 20.

Схема у д а р н о - п о в о -

F

р о т н о г о

б у р е н и я

(а) и з а б о й

[

ш п у р а

(б)

I

процессы протекают

в забое с к в а ж и н ы

и л и ш п у р а при р а з р у ш е н и и

породы — с к а л ы в а н и е , срез или их комбинации

— различают у д а р ­

но-поворотный, ударно - вращательный и в р а щ а т е л ь н ы й способ

бу­

рения (часто называют просто ударноповоротное,

у д а р н о - в р а щ а т е л ь ­

ное бурение и т. д.).

Ударно-поворотное

бурение.

Н а рис. 20, а

приведена

схема,

п о я с н я ю щ а я ударно - поворотный

способ

бурения

бурильным

молот­

ком. Породу в забое

ш п у р а р а з р у ш а е т

лезвие

1 головки бура,

по

молотка 3. Л е з в и е бура

после к а ж д о г о удара внедряется в массив

на некоторую г л у б и н у ,

в результате чего происходит скалывание

ворачивается вокруг своей продольной оси на 15-—40° в

зависимо­

сти от

х а р а к т е р и с т и к и

бурильного

молотка

(рис. 20,

б,

п о л о ж е н и я /

и ТУ). Т а к и м образом,

п р и бурении ш п у р а

у д а р ы чередуются с пово­

ротами, отсюда

и название — ударно - поворотный

способ

б у р е н и я .

Б у р о в а я

мелочь

— р а з д р о б л е н н а я

и

измельченная

п р и

бурении

порода

—

у д а л я е т с я из ш п у р а водой,

подаваемой в ш п у р

под давле ­

нием,

и л и

с ж а т ы м воздухом . Поэтому

бывает бурение

с

промывкой

и бурение с п р о д у в к о й . П р и бурении с продувкой возникает

б о л ь ш а я

П р и м е н я ю т

т а к ж е

способ

бурения с пылеотсосом,

когда б у р о в а я

мелочь у д а л я е т с я из

ш п у р а

под действием в а к у у м а ,

создаваемого

специальными

установками .

к о л ь цу с оставлением

породного сердечника —

колонки

(керна)

(рис.

22).

Колонковое

бурение

особенно эффективно при

бурении с к в а ж и н

по очень крепким породам

коронками,

армированными

алмазами .

Имеются машины д л я вращательного

бурения н а к л о н н ы х

и д а ж е

в е р т и к а л ь н ы х

нисходящих

и восходящих

с к в а ж и н

в ш а х т н ы х усло ­

в и я х ,

а т а к ж е

установки

д л я вращательного бурения стволов со

сплошным разрушением

породы на забое и с выбуриванием

керна .

Бурильные

м а ш и н ы

для

ударно-поворотного бурения.

Т а к и е ма­

Пневматические

бурильные молотки бывают

ручные,

колонковые

и телескопные .

Ручные

бурильные

молотки

предназначены

д л я

бурения

гори ­

зонтальных,

н а к л о н н ы х и

вертикальных

нисходящих

ш п у р о в .

П р и проведении

горизонтальных и н а к л о н н ы х выработок бу­

рильные

молотки

обычно

устанавливают

на

пневмоподдержках,

которые я в л я ю т с я одновременно

п о д д е р ж и в а ю щ и м и

подающим

уст­

ройством. Общий вид бурильного молотка и пневмоподдержки

при ­

веден на

рис.

23.

ным устройством попеременно то в заднюю,

то в переднюю части

цилиндра, совершает возвратно-поступательное движение .

П р и ра­

бочем ходе боек наносит удар по хвостовику

бура. П р и

обратном

цевое соединение с бойком, передается буру, хвостовик

которого

шестигранного сечения вставлен в

гнездо соответствующей

формы.

Б у р при

бурении

удерживается

буродержателем . Сжатый

воздух

подводится

в молоток

шлангом через штуцер . Подача воздуха регу­

лируется

р у к о я т к о й .

П р и

боковой промывке

ш п у р о в

вода под давлением поступает к

специальному устройству,

надеваемому на штангу . Вода

заполняет

отверстие попадает

в осевой

к а н а л

штанги, а по

нему — в

забой

ш п у р а .

П р и центральной

промывке

вода

через патрубок

поступает

в ка ­

Имеются т а к ж е

буровые

молотки с

центральным

пылеотсосом.

Схема бурения с пылеотсосом приведена на рис. 24.

Колонковые

бурильные

молотки

предназначены

д л я

бурения

ш п у р о в в к р е п к и х

и очень к р е п к и х

породах . П р и

бурении их

устанавливают

на м а н и п у л я т о р а х (реже

на специальных

распорных