Горные машины

Наибольший объем канав (до 75 %) проводится в период поисковосъемочных и поисковых стадий разведки, так как при незначительной стоимости по сравнению с другими видами горных работ они дают начальноепредставлениео форме рудного тела икачествеполезного ископаемого, чтопозволяетопределитьнаправлениеи объемдальнейшихработ.

При вскрытии коренных пород канава задается вкрест простирания; при вскрытии рудных тел – по простиранию (при ширине выхода рудного тела несвыше2 м) иливкрестпростираниядопересеченияобоихконтактов.

По выполняемым задачам и протяженности по полотну канавы делят на две группы: магистральные и прослеживающие. Протяженность магистральных канав от 50 м до нескольких километров, прослеживающих – определяется рудным телом. Канавы могут проводиться интервалами по 3…20 м. К подземным горно-разведочным выработкам относятся разведочные шурфы – вертикальные, реже наклонные выработки, проводимые с земной поверхности при геологической съемке, поисках и разведке ископаемых с целью геологического изучения и взятия проб, оборудованные для доступа людей в рабочие зоны и оснащенные шурфовыми подъемными устройствами.

Ствол разведочной шахты (рис. 4) – вертикальная или наклонная подземная горно-разведочная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и оборудованная подъемными машинами или лебедкой; является основной в системе горно-разведочных выработок на шахте.

Ствол разведочной шахты отличается от капитального меньшей площадью поперечного сечения, небольшой глубиной, простой и дешевой крепью, оборудованием и небольшим сроком службы. При разработке месторождений полезных ископаемых проходится не менее двух стволов (главный и вспомогательный). Главный ствол в основном служит для подъема полезного ископаемого и (если нет вентиляционного ствола) для отвода отработанного воздуха; вспомогательный ствол – для спуска и подъема людей, оборудования, материалов, выдачи пустой породы, подачи в шахту свежего воздуха.

Штольня – горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности горизонтально или с незначительным подъемом, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных горных работ при разведке или разработке полезного ископаемого. Проходка штольни возможна при гористом рельефе местности. Она проводится как по простиранию, так и под углом к простиранию с уклоном 0,004–0,005 в сторону устья для обеспечения стока воды и облегчения транспортирования грузов.

21

Восстающий – вертикальная или наклонная горная выработка, проводимая по восстанию залежи и служащая для проветривания, передвижения людей, спуска полезного ископаемого или породы, доставки материалов и оборудования, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей.

Восстающий соединяет выработки двух смежных гори зонтов (иногда выработки верхнего горизонта с земной поверхностью) и проводится снизу вверх для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по восстанию.

Разведочная рассечка – подземная горизонтальная горно-разведочная выработка, проводимая из других выработок (шурфов, штолен, штреков и восстающих) вкрест простирания горных пород для установления сплошности и границ оруденения, поисков и разведки апофиз или «слепых» тел полезного ископаемого. Рассечки от орта отличаются тем, что могут проводиться за пределы контакта полезное ископаемое – пустая порода и назначением. Орт проводится для определения мощности рудного тела от почвы до кровли пласта. От квершлага рассечка отличается размерами и назначением. Длина рассечек 3…5 м, иногда 20…40 м, реже – более 50 м.

При разведке глубоко залегающих россыпей рассечки длиной 75…120 м могут проходиться из наклонного ствола.

Гезенк – вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого под действием собственного веса или в специальных сосудах механическим способом.

Гезенк соединяет выработки смежных горизонтов и проводится сверху вниз для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по падению, а также для передвижения людей, доставки оборудования и материалов, прокладки коммуникаций, вентиляции и других целей.

Уклон – подземная наклонная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для подъема полезного ископаемого.

Уклон проводится по полезному ископаемому по линии падения для обслуживания горно-разведочных работ на нижележащем горизонте; оборудуется механическим устройством для подъема горной массы на верхний горизонт.

Слепой ствол разведочной шахты – ствол шахты, пройденный из подземной выработки чаще всего для вскрытия нижележащих горизонтов месторождения (по отношению к ранее разведанным) и для обслуживания горно-разведочных работ на этих горизонтах.

23

При разработке месторождений полезных ископаемых проводятся также такие выработки, как бремсберг, печь, просек, скат.

Бремсберг – подземная наклонная горная выработка (не имеющая выхода на поверхность), проводимая, как правило, по направлению падения пласта или залежи полезного ископаемого на откаточный горизонт этажа или шахты. Предназначен для спуска полезного ископаемого на откаточный горизонт этажа или шахты. Обычно бремсберг оснащен конвейерной установкой. При необходимости он может быть использован для подъема с транспорта материалов, оборудования.

Для передвижения людей с горизонта на горизонт параллельно уклону или бремсбергу, как правило, одновременно с ними проводят наклонную выработку, называемую ходком. Ходок используют также для проветривания, транспортирования оборудования, материалов и т. д.

Печь – подземная горная выработка, проводимая по полезному ископаемому, по восстанию пласта или залежи (без подрывки боковых пород) и предназначенная для проветривания, передвижения людей, транспортирования грузов.

Просек – подземная горная выработка, проводимая обычно в толще полезного ископаемого по простиранию пласта или залежи и предназначенная для проветривания, транспортирования грузов, передвижения людей и пр. Соединяется со штреком обычно с помощью печей. Просек необходим для проведения другой подземной выработки или для соединения очистного забоя с примыкающими к нему выемочными выработками.

Очистными называются выработки, образующиеся в результате непосредственной выемки полезного ископаемого. Их размеры зависят от горно-геологических условий залегания пластов, а также от принятой системы разработки.

Забой очистной выработки, в котором производится добыча полезного ископаемого, называется очистным забоем. Очистной забой, имеющий значительную длину, называется лавой, небольшую – коротким забоем.

Очистные выработки непрерывно или периодически передвигаются (вновь возобновляются) в пространстве, а форма их поперечного сечения и длина зависят от мощности и угла падения разрабатываемых пластов, рудных тел, залежей и технологии добычи полезного ископаемого.

Служебные камеры располагаются в основном около ствола, устья штольни на действующем горизонте. В большинстве случаев они являются вспомогательными выработками и служат для размещения под землей того или иного горного оборудования, например насосов, лебедок, буровых станков, для устройства подземных складов и ремонтных мастерских, камер ожидания, диспетчерской, депо и т. д. Кроме камер проводят выработки, обеспечивающие необходимое маневрирование поездов около

24

шахтных стволов, сообщение между камерами и соединяющие стволы с откаточными и вентиляционными выработками. Совокупность выработок, служащих для соединения шахтных стволов со всеми остальными выработками и для размещения некоторых общешахтных производственных служб (водоотлива, электростанции, электровозного гаража, склада противопожарного инвентаря и т. д.), называется околоствольным двором.

Околоствольный двор является главной подземной станцией, пропускающей весь груз, выдаваемый на поверхность (полезное ископаемое, горная порода), а также поступающие с поверхности порожние вагонетки, вагонетки с крепежными, закладочными и другими материалами, оборудованием и пр. Кроме того, околоствольный двор является конечным пунктом движения состава с людьми.

По характеру движения составов околоствольные дворы делятся на кольцевые, челноковые и смешанные; по расположению и конфигурации выработок – на круговые, тупиковые и прямолинейные.

При разведке месторождений применяются в основном тупиковые околоствольные дворы.

§ 2. ЭЛЕМЕНТЫ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Выделяют следующие элементы горно-разведочных выработок (рис. 5): устье, забой, кровлю, бока (стенки).

Плоскость пересечения подземной выработки с земной поверхностью или с другой выработкой называется устьем, а торцевая поверхность горно-разведочной выработки, перемещающаяся в пространстве в результате отделения горных пород от массива при проведении выработки, называется забоем.

Кровля горно-разведочной выработки – это поверхность горных пород, ограничивающая подземную горизонтальную или наклонную выработку сверху. Поверхность горных пород, ограничивающая выработку снизу, называется почвой, а поверхность горных пород, ограничивающая подземную выработку сбоку, – стенкой.

Призабойное пространство – участок горно-разведочной выработки у забоя, в котором размещается проходческое оборудование и рабочие.

Приустьевое пространство – это участок горно-разведочной выработки, примыкающий к ее устью.

Место пересечения двух или более подземных горно-разведочных выработок, ограниченное поверхностями перехода одной выработки в другую, и участки соответствующих выработок, примыкающие к этому месту, называются сопряжением (рис. 6).

25

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При разведке месторождений полезных ископаемых горными выработками, а также при строительстве и эксплуатации шахт, рудников, карьеров, разрезов, тоннелей технологические процессы связаны, прежде всего, с разрушением, погрузкой и транспортированием горных пород, а также с обеспечением устойчивости подземных горных выработок и бортов карьеров.

Сведения о физико-механических свойствах необходимы для выбора способа бурения шпуров, породоразрушающего инструмента и буровых машин, конструкции вруба и заряда, параметров технологии, формы поперечного сечения выработок, ее размеров, типа крепи, выбора средств и способов погрузки породы и т. д.

При проведении буровзрывных работ огромное значение имеет правильный учет крепости пород, анизотропии, трещиноватости, напластования, угла падения, так как разрушение породы при взрыве всегда происходит по ослабленным плоскостям или по нормали падения пород. Свойства пород влияют на выбор их способа погрузки и транспортирования пород. Погрузка кусковатых сильноабразивных пород производится машинами ковшового типа непосредственно в вагонетки. Применение машин непрерывного действия и перегружателей ограничено тем, что эти механизмы при погрузке указанных пород имеют меньшую производительность по сравнению с машинами ковшового типа и быстро выходят из строя, а ленты перегружателей быстро изнашиваются.

Свойства горных пород влияют также на выбор режима и техникоэкономические показатели работы проходческих бригад. В породах невысокой крепости, абразивности, вязкости можно достигнуть подвигания забоя за взрыв 2 м и более и выполнять 1,5–2 цикла в смену. Напротив, в породах крепких, абразивных, вязких таких показателей достигнуть не удается или для их достижения необходимо затрачивать большие трудовые, материальные и энергетические ресурсы.

Свойства горных пород различны и определяются комплексом геологических признаков (минералогическим составом, структурой, текстурой и другими факторами) и зависят от свойств основного минерального вещества, размера зерен, минерального цемента, пористости, трещиноватости и др.

28

По виду породообразующего материала и характеру связей между минеральными зернами горные породы подразделяют на твердые (скальные, полускальные), связные и сыпучие.

Кскальным относятся изверженные, метаморфические и осадочные породы, имеющие предел прочности на сжатие от 5 · 107 до 3 · 108 Па (граниты, андезиты, базальты, песчаники и т. п.). Они характеризуются наличием значительных молекулярных сил сцепления и трения между частицами, имеют обычновысокуютвердостьиотносительно трудноразрушаются.

Кполускальным относятся часть изверженных и метаморфических, а

также большая часть осадочных пород со слабым сцеплением между частицами, имеющих предел прочности пород на сжатие от 2 · 107 до 5 · 107 Па (сланцы, мергели, крепкий каменный уголь и т. п.).

Вскальных и части полускальных пород разведочные выработки зачастую проводят без крепления или с частичным креплением при пересечении участков сильнотрещиноватых и раздробленных пород.

Связные породы (типа глин) характеризуются значительными силами сцепления между частицами. Однако их свойства сильно изменяются

взависимости от влажности. От скальных пород они отличаются высокой пластичностью, небольшой абразивностью и малой прочностью.

Стенки канав, шурфов небольшой глубины в этих породах (если они не насыщены водой) обычно устойчивы и крепление их не производится.

Связные породы в увлажненном состоянии ведут себя как типичные пластические тела, легко изменяя свою форму при деформации без разрыва связей между частицами, однако в сухом состоянии может иметь место и хрупкое разрушение.

Для сыпучих пород характерно отсутствие связей между зернами и обломками или же связи эти ничтожно малы. Механические свойства их определяются трением на поверхностях соприкосновения частиц.

§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Физические свойства горных пород характеризуют их физическое состояние. К ним относятся: степень связности, пористость, плотность, структура, текстура, зернистость, гранулометрический состав и др.

Структура характеризует внутреннее строение, т. е. форму, размер и взаимное расположение минералов в породе, состав цемента в осадочных породах, а также вид связей между зернами.

Структура горных пород приведена в табл. 1.

Мелкозернистые породы при одинаковом минеральном составе, как правило, обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые или породы неравномерно-зернистого строения.

29

Прочность и устойчивость осадочных горных пород зависят главным образом от состава цементирующего вещества, а также типа цементации. По составу цементирующие вещества в осадочных породах могут быть кремнистыми, известковыми, глинистыми, а также сложными, например карбонатно-глинистыми и слюдистыми. Наиболее прочными являются кремнистые и карбонатные цементы, наименее прочными – глинистые.

Текстура горных пород характеризует закономерности в распределении и расположении структурных элементов.

Важнейшие типы текстуры горных пород приведены табл. 2.

Для многих литологических разновидностей осадочных пород характерна слоистая текстура. На плоскостях раздела может наблюдаться повышенное содержание слюдистых минералов и остатков обуглившейся растительности, что приводит к ослаблению сцепления слоев. Слоистые породы в подземных выработках имеют более слабую сопротивляемость деформационным и разрушающим нагрузкам, чем монолитные.

Элементы строения массива (структура и текстура) во многом определяют его прочностные свойства (рис. 7).

30