2.5. Структурная характеристика горных выработок

Описывая какое-либо физическое явление, мы обязаны отразить необходимый и достаточный набор признаков, как общего, так и особенного, а так же частного (индивидуального) характера. При этом используем родовые, видовые и конкретные (частные) понятия.

При современном подходе к осмыслению горной технологии мы используем понятие выработка как родовое, а понятие горн как видовое, отражающее признак - принадлежность выработки к технологии добычи полезных ископаемых: получим определение - горная выработка - это выработка, используемая при добыче полезных ископаемых. Для более полного и конкретного представления о той или иной выработке нам надо воспользоваться еще целым рядом признаков и, как говорят, чем больше, тем лучше, не забывая о мере (о здравом смысле). Как при характеристике способов разработки, будем помнить о возможности двух, трех или более вариантов реализации. При наличии двух и более признаков в описании мы будем их ранжировать, воспользовавшись отмеченными положениями. Рабочий вариант такого структурного описания горных выработок приведен в таблице.

Таблица 2.3. Структурная характеристика горных выработок

Структурный признак		Вариант исполнения
1. Принадлежность к стадиям эксплуатации		а) разведочная, б) эксплуатационная в) принадлежит к нескольким стадиям
2. Принадлежность к стадиям разработки		а) вскрывающая, б) подготовительная, в) нарезная, г) очистная
3. Характер финансирования		а) капитальная; б) за счет затрат будущих периодов, в) за счет текущих затрат
4. Общий характер назначения (принадлежность к технологическому процессу)			а) основная (главная), б) вспомогательная
5. Функциональное назначение		а) буровая, б) доставочная, в) откаточная, г) вентиляционная, д) водоотливная и др.
6. Ориентация в пространстве		а) вертикальная, б) горизонтальная, в) наклонная
7. Направление проведения выработки относительно элементов залегания РТ		а) по простиранию, б) по падению, в) по восстанию, г) вкрест простиранию
8. Положение выработки относительно элементов залегания рудного тела		а) у лежачего бока рудного тела, б) у висячего бока рудного тела
9. Вид массива, в котором пройдена выработка		а) породная (полевая), б) рудная
10. Тип выработки по соотношению размеров (точка, линия, плоскость)		а) камерная, б) протяженная, в) площадные (плоские)
11. Форма выработки в поперечном сечении	а) прямолинейные: - простые (квадрат, прямоугольник, трапеция), - сложные (полигональные) б) криволинейные: - простые (круглые), - сложные (сводчатые – овальные, коробчатые, одно-двух-трех-циркульные)
12. Прерывность контура выработки в поперечном сечении (при подземном или открытом способе разработки)				а) непрерывный, б) прерывный
13. Масштаб выработки		а) весьма малый, б) малый, в) средний, г) большой, д) весьма большой

В зависимости от контекста иногда достаточно отметить, что данная выработка является эксплуатационной, а в другом случае необходимо указать на то, что выработка является разведочно-эксплуатационной. Можно получить и более полную характеристику выработок. Так, очистные выработки это горные выработки, в которых осуществляются технологические процессы очистной выемки: отбойка, доставка и управление горным давлением. Они могут быть камерного типа, протяженные в виде заходок, площадные в виде слоев. Выработки с определенным набором характерных признаков получили (получают) видовые названия. Так, шахта - это вертикальная, главная вскрывающая рудовыдочная выработка прямоугольной формы, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность. Штольня - это горизонтальная, главная вскрывающая рудовыдочная выработка определенной формы, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность. Ствол – это вертикальная, вскрывающая выработка круглой формы и определенных размеров, имеющая различное, но определенное назначение, с непосредственным выходом на дневную поверхность. С названием других горных выработок есть смысл знакомиться и их запоминать в контексте с характеристикой отдельных элементов горной технологии. А пока воспользуемся схемой расположения подземных выработок показанной на рис. 3.и дадим основную характеристику наиболее распространенным горным выработкам.

Рис. 2.2. Схема расположения подземных горных выработок

Будем иметь в виду, что по положению в пространстве различают вертикальные, горизонтальные и наклонные выработки.

Шахтный ствол (1, 11) — вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и. предназначенная для подъема полезного ископаемого, спуска и подъема людей и материалов. По стволу шахты проложены электрические кабели, трубы для воды и сжатого воздуха; через шахтные стволы осуществляют проветривание всех подземных выработок. Верхняя часть ствола называется устьем, нижняя — зумпфом. В зависимости от назначения различают главные и вспомогательные шахтные стволы. Обычно один ствол выполняет несколько функций, но иногда проходят стволы специального назначения, например, для спуска в подземные выработки закладочного материала (закладочный ствол), для проветривания (вентиляционный ствол), для водоотлива и пр. В поперечном сечении шахтные стволы имеют круглую или прямоугольную, иногда эллиптическую форму. Стволы круглого сечения крепят бетонной или железобетонной крепью. Диаметр стволов составляет 4—8 м. Стволы прямоугольной формы крепят деревянной или металлической крепью, они имеют площадь поперечного сечения 8—25 м². Глубина стволов определяется_глубиной залегания месторождения и достигает иногда 2—3 км. По всей длине шахтный ствол бывает разделен на несколько отделений (клетевое, скиповое, лестничное и пр.).

Слепым стволом (8) называют вертикальную или наклонную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность (назначение то же, что и обычного шахтного ствола). Слепой ствол оборудуют подъемной установкой.

Восстающий (гезенк) (6, 7) — вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и служащая для спуска полезного ископаемого, перемещения людей, спуска и подъема материалов, проветривания. В отличие от слепого ствола по восстающему не поднимают пустые породы или руду. Восстающие обычно имеют прямоугольную форму поперечного сечения, но при большом сроке службы их крепят бетоном, и они имеют круглую форму. Если восстающие предназначены для различных целей, они имеют несколько отделений. Восстающие проходят, как правило, между откаточными горизонтами и их длина равна высоте этажа (40—80 м), но иногда восстающий обслуживает несколько этажей и длина его достигает нескольких сотен метров. Восстающие проходят в направлении снизу вверх. Шурф (10) — вертикальная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность. Шурф служит для разведки месторождения, вентиляции, спуска материалов и других вспомогательных целей.

Штольня (9) — горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ. Штольня служит для тех же целей, что и шахтный ствол, но в связи с горизонтальным расположением ее выдача руды на поверхность, доставка материалов, а иногда и перевозка людей по этой выработке осуществляются средствами рельсового или безрельсового транспорта. По форме и размерам штольня не отличается от других горизонтальных выработок.

Штрек (3, 4), квершлаг (2) и орт (5) — горизонтальные горные выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и предназначенные для откатки грузов, передвижения людей, проветривания, водоотлива и т. п. Различие между ними заключается в положении относительно рудного тела. Штрек проводят по простиранию рудного тела, квершлаг и орт — вкрест простирания, причем квершлаг проводят только по пустым породам, а орт — по руде. Штрек может располагаться как в пустых породах (4) — в этом случае его называют полевым, так и в рудном теле (3) - называемый рудным. Горизонтальные выработки для стока воды имеют небольшой уклон (2—5 м на 1000 м длины выработок) в сторону ствола шахты. Горизонтальные выработки в неустойчивых породах крепят деревом, бетоном, металлической крепью, а в устойчивых породах часто проходят без крепления

В зависимости от типа крепи они имеют трапециевидную, сводообразную и прямоугольную форму. При высоком горном давлении горизонтальные выработки имеют круглую форму. Сечение горизонтальных выработок составляет 4—16 м^г В горизонтальных выработках укладывают рельсовый путь, подвешивают контактный провод, вдоль стен выработок прокладывают силовые кабели, трубы для сжатого воздуха и воды. Для передвижения людей с одной стороны выработки оставляют свободный проход, перекрывая настилом водосточную канавку. В последнее время водосточную канавку на некоторых рудниках делают с противоположной стороны от людского прохода.

Тип околоствольного двора зависит от производительности шахтного ствола (количества выдаваемой руды и породы, способа подъема руды (в скипах или клетях), числа стволов, обслуживаемых околоствольным двором, принятой схемы проветривания. На крупных шахтах, имеющих большую производительность, обычно устраивают круговые околоствольные дворы (рис. 2.3. а), обеспечивающие поточность движения транспорта, а в шахтах небольшой производительности — тупиковые (рис.2.3. б).

а

Рис. 2.3. Околоствольные дворы: а – круговой: 1 – скиповой ствол; 2 – клетевой ствол; 3 – камера опрокидывателя; 4 – камера для хранения проб руды; 5 – камера ожидания; 6 – насосная камера; 7 – электроподстанция; 8 – медпункт; б – тупиковый: 1 ствол; 2 – водосборник; 3 – насосная камера; 4 – квершлаг

Кроме указанных выработок для подготовки блока к очистной выемке проходят другие выработки различного назначения: рудоспуски, подэтажные выработки, выработки горизонта скреперования, отрезные восстающие.

ТРИ СТРУКТУРНЫХ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ГОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ПЕРВЫЙ - ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ УРОВЕНЬ - Уровень единичной горной выработки

Рис. 2.4. Единичная горизонтальная горная выработка

с рамной деревянной крепью: а – неполным дверным окладом, б – полным дверным окладом. Структурные элементы крепи: 1 – верхняк, 2 – стойка; 3 – лежень.

Рис.2.5. Виды рамного крепления: а – в сплошную; б – в разбежку (одинарными и спаренными рамами).

Структурные элементы крепи: верхняк, стойка, клинья, затяжка.

ВТОРОЙ – УРОВЕНЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМНЫХ СОВОКУПНОСТЕЙ

ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК:

СИСТЕМЫ ВСКРЫТИЯ, СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ, СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

Рис. 2.6.Система разработки без разделения рудного тела на слой, с формированием рабочего очистного пространства. Подготовка блоковая. Магазинированная руда исполняет роль рабочей площадки. Функцию поддержания очистного пространства магазинированная руда выполняет в период отбойки руды и частичного выпуска с целью компенсации разрыхления. После полного (основного) выпуска очистное пространство переводится в выработанное пространство, оставаясь открытым или обрушаясь. Отбойка шпуровая, выпуск руды с люковой погрузкой. Область применения: - крутопадающие маломощные рудные тела. Руды и породы устойчивые. Ценность руд – малая или средней ценности. Достоинство – высокая производительность труда. Недостаток – возможны потери в междублоковых и междуэтажных целиках. Пути совершенствования – внедрение современного оборудования, применение искусственных целиков из твердеющей закладки.

Рис. 2.7. Камерно-целиковая система разработки, без формирования рабочего очистного пространства, с отбойкой руды из горизонтальных буровых выработок. В данном случае – из подэтажных буровых штреков. Подготовка блоковая. Очистное пространство открытое, поддерживается междублоковыми целиками. Отбойка этажная, многорядная, веерами одинарных восходящих скважин. Доставка этажная, самоходным оборудованием.Достоинства: Сильные решения по оформлению траншейного днища с совмещением горизонтов подсечки, выпуска, доставки и откатки. Хорошие условия для доразведки.Недостатки: применение переносного бурового оборудования при наличии подэтажных горизонтов. Возможны большие потери руды (до 30%) при отработке междублоковых и междуэтажных целиков .Совершенствование в направлении изыскания эффективной технологии отработки целиков

Рис .2.8. Комбинированный способ вскрытия при помощи штольни, слепого ствола шахты и капитальных рудоспусков (рудник Тырны-Ауз): 1 – ствол шахты «Пик», 2 – слепой ствол шахты №1, 3 – рудоспуск №3, 4 – вентиляционный ствол шахты, 5 – слепой ствол шахты «Капитальная», 6 – рудоспуск №1, 7 – Рудоспуск №2, 8 – штольня «Капитальная», 9 – штольня «Змейка» 10 – штольня «Главная».

ТРЕТИЙ – УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РУДНИКА

См. рисунок 2.1.