Технология подземных горных работ

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Семенихин А.Я., Любогощев В.И., Златицкая Ю.А.

Технология подземных горных работ

Учебное пособие для студентов специальностей 060800 - Экономика и управление на предприятии

(горной промышленности и геологоразведки),

180100 - Электромеханика (в горном производстве), 170101 – «Горные машины и электрооборудование

подземных разработок», (ДО, ЗО)

Новокузнецк

2003

УДК 622.272 (075)

С 30

Рецензенты:

Кафедра экологии и естествознания Новокузнецкого филиал- института Кемеровского государственного университета: д.т.н., проф. Сенкус В.В

Профессор ВостНИГРИ: д.т.н., Шрепп Б.В.

.

Семенихин А.Я.

С 30 Технология подземных горных работ: Учебное пособие / А.Я. Семенихин, В.И. Любогощев, Ю.А. Златицкая. – Новокузнецк: СибГИУ, 2003. - 91 с.

Даны краткие теоретические сведения о технологии ведения подземных горных работ охватывающие основные вопросы технологии подземной разработки пластовых месторождений. Рассмотре­ны основные принципы выбора рационального варианта системы разра­ботки и технологической схемы выемочного участка, приведены расчет­ные методы определения их параметров и рекомендации к выполнению курсового и дипломного проектов.

Предназначены для студентов специальностей 060800 - Экономика и управление на предприятии (горной промышленности и геологоразведки), 180100 - Электромеханика (в горном производстве), 170101 – «Горные машины и электрооборудование подземных разработок», (ДО, ЗО).

УДК 622.272 (075)

© ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», 2003

© Семенихин А.Я. Любогощев В.И., Златицкая Ю.А., 2003

Предисловие

В процессе написания учебного пособия были обобщены результаты многолетних исследований в такой области промышленного производства как горное дело. Задачей дисциплин «Основы горного дела» и «Горное дело» изучения яв­ляется получение знаний об основных принципах добычи раз­личных полезных ископаемых различными способами.

Целью горнодобывающей промышленности является добыча и первичное обогащение по­лезных ископаемых, в частности минерального топлива (уголь, горючие сланцы, торф, нефть, природный газ). Ежегодно из недр земли добывается 8 млрд. т энергетического сырья. Развитая горнодобывающая промышленность, играет боль­шое значение в экономике государства, определяет его самосто­ятельность и обороноспособность. Российская Федерация рас­полагает запасами всех видов минерального сырья.

Для горнодобывающей промышленности характерны:

• непосредственное влияние на окружающую среду, что обусловливает ряд экологических проблем при освоении место­рождений полезных ископаемых;

• постоянное перемещение рабочего места, что предъяв­ляет особые требования к средствам механизации и автомати­зации производственных процессов;

• постоянное увеличение глубины горных работ, что обу­словливает ухудшение горно-геологических условий разработ­ки, возможность возникновения газодинамических явлений, рост температуры рудничной атмосферы.

Развитие горной промышленности является следствием научно-технического прогресса. Достаточно полная системати­зация знаний о горном деле и металлургии относится к 1556 г., когда в Базеле вышла в свет на латинском языке книга выдаю­щегося ученого и практика Г. Агриколы «О горном деле и ме­таллургии в XII книгах».

Основы научных знаний об образовании минералов, спо­собах ведения горных работ при добыче полезных ископаемых и проветривании рудников заложены в трудах великого русско­го ученого М.В. Ломоносова: «О движении воздуха в рудниках примеченном» (1745 г.), «О слоях земных» (1763 г) и т.д. Многие россий­ские ученые внесли большой вклад в развитие науки в горном деле: А.И. Узатис создал первый в России курс горного искус­ства (1843 г.); Б.И. Бокий разработал основы аналитического метода проектирования горных предприятий; акад. A.M. Tepпигорев заложил научно-методические основы механизации гор­ных работ; акад. Л.Д. Шевяков создал теорию проектирования шахт; акад. А.А. Скочинский заложил основы рудничной аэро­логии и безопасного ведения горных работ.

Усилиями многих российский ученых, особенно в послед­ние десятилетия, решен ряд важнейших проблем в области под­земной и открытой разработки месторождений полезных иско­паемых, создания современной техники, улучшения условий тру­да, а также в области подготовки специалистов для горной про­мышленности. К ним относятся М.И. Агошков, А.А. Борисов, А.С. Бурчаков, А.В. Докукин, А.И. Ксенофонтова, Г.Д. Лидин, Н.В. Мельников, И.Н. Плаксин, Н.М. Покровский, М.М. Про­тодьяконов, В.В. Ржевский и др.

Несмотря на значительные достижения области горного дела, большинство учебников были изданы еще в 70х - 80х годах и в последнее время практически не появляется новых учебников и учебных пособий по этой дисциплине и в связи с чем, явный дефицит новой литературы.

Кроме того данное учебное пособие предназначено для студентов специальностей 060800 - Экономика и управление на предприятии (горной промышленности и геологоразведки), 180100 - Электромеханика (в горном производстве), 170101 – «Горные машины и электрооборудование подземных разработок», для которых не существует специальной литературы для освоения дисциплин – «Основы горного дела» и «Горное дело». В то время как эти дисциплины входят в обязательный минимум содержания основной образовательной программы подготовки дипломированных специалистов по данным специальностям.

Главная цель пособия это формирование понятий и навыков по вскрытию, подготовке, технологии разработки пологих и наклонных пластов в механизированном забое, а также умения обосновывать и рассчитывать основные параметры шахты и выемочных и рассчитывать основные технико-экономические показатели.

Учебное пособие состоит из двух частей:

- первая включает теоретические сведения о технологии ведения подземных горных работ охватывающие основные вопросы технологии подземной разработки пластовых месторождений (средств и способов отработки выемочных участков шахт, отрабатывающих пласты пологого и наклонного падения с применением механизированных комплексов);

- вторая – расчетная и включает основные принципы выбора рационального варианта системы разра­ботки и технологической схемы выемочного участка, приведены расчет­ные методы расчету их основных количественных параметров показателей в целом по шахте и выемочному участку и рекомендации к выполнению курсовых работ и дипломных проектов.

В процессе выполнения курсовой работы рекомендуется использовать литературные источники, современные справочные, нормативные и методические материалы и тд.

Примерное содержание расчетно-пояснительной записки

Введение

1. Основные параметры шахты

1.1. Промышленные запасы шахтного поля

1.2. Проектная мощность и срок службы шахты

2. Выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля.

3. Выбор схемы и способа подготовки шахтного поля.

4. Система разработки.

4.1. Выбор и обоснование системы разработки, размеры выемочных полей

4.2. Технические средства очистных работ.

4.3. Длина очистного забоя.

4.4. Нагрузка на очистной забой и проверка нагрузки по фактору проветривания.

4.5. Определение числа действующих забоев.

5. Организация работ в очистном забое и основные технико-экономические показатели работы участка и шахты

Заключение

Список использованных источников

Исходные данные для разработки курсовой работы

Исходные данные, необходимые для разработки условного или реального пласта при выполнении курсовой работы, принимаются на основе материалов ознакомительной практики или выдаются руководителем этой работы и включают:

- размеры выемочного поля по простиранию (S) и падению (Н);

- угол падения (a) и мощность пласта (m);

- глубина ведения горных работ (Н1 );

- объемный вес (g), коэффициент крепости угля по М.М. Протодьяконову (f), сопротивляемость угля резанию (А);

- устойчивость кровли пласта;

- гипсометрия и размокаемость почвы;

- сведения о относительной газообильности (qCH4 ), водообильности, удароопасности и выбросоопасности пласта, а также другие данные по согласованию с ру­ководителем.

Данные по относительной газообильности (qCH4 ) пласта выдаются в задании на проектирование. Если qCH4 превышает 15-20 м3 /т следует применять дегазацию пласта с коэффициентом дегазации кд = 0,3-0,5 и предусмотреть в проекте соответствующие мероприятия.

Объем и содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки, включающей вертикальную схему вскрытия, схему подготовки пластов (этажная, панельная, погоризонтная), систему разработки в общем виде принятую для отработки выемочного участка, а также поперечные сечения выработок с принятым видом их крепления.

Схема изображается в виде безмасштабного, можно в аксонометрии, но с соблюдением реальных пропорций чертежа.

Кроме того, на схеме должны быть приведены расположение и наименование всех выработок, а их назначение, формы, размеры поперечных сечений, тип и материалы крепи должны быть приведены в записке.

Расчетно-пояснительная записка выполняется на стандартных листах белой писчей бумаги

1. теоретические сведения

по основным вопросам технологии подземной разработки пластовых месторождений

. 1.1. Горное производство и горные предприятия

Полезными ископаемыми называют природные минераль­ные образования органического или неорганического происхождения, которые могут быть использованы человеком с доста­точным экономическим эффектом. Под добычей полезных ис­копаемых понимают извлечение их из земной коры или гидро­сферы. В более узком смысле под этим термином понимают ко­личество полезного ископаемого, добываемого в единицу вре­мени. В природе полезные ископаемые встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Существуют следующие способы добычи полезных ископа­емых: подземный, открытый, комбинированный, со дна водое­мов (озер, морей и океанов), геотехнологический и скважинный. Добычу полезных ископаемых осуществляют горные пред­приятия.

Горное предприятие — самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение по­лезных ископаемых. Горное предприятие, осуществляющее до­бычу и первичное обогащение полезных ископаемых, называет­ся горнодобывающим. Существуют следующие виды горнодо­бывающих предприятий: шахта, рудник, карьер (разрез), при­иск, промысел.

Шахта — горное предприятие, предназначенное для добы­чи полезных ископаемых подземным способом.

Рудник — горное предприятие, служащее в основном для подземной добычи руд, горно-химического сырья и строитель­ных материалов; Этим понятием иногда пользуются для обо­значения нескольких шахт (карьеров), объединенных в единую административно-хозяйственную единицу с централизованным хозяйством.

Карьер — горное предприятие, осуществляющее добычу по­лезных ископаемых открытым способом. Разрез—карьер по до­быче угля.

Прииск — горное предприятие по добыче россыпных ме­сторождений драгоценных металлов (золотой прииск).

Промысел — горное предприятие по добыче жидких и га­зообразных полезных ископаемых (нефтяной промысел).

Разработкой месторождения называют комплекс работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке. Эти работы являют­ся стадиями разработки месторождения. Вскрытие и подготов­ка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых выработок называют подготовительными. Выемку (добычу) полезного ископаемого ведут в очистных забоях, при­меняя при этом различные способы его разрушения.

В данном методическом пособии наиболее подробно будет рассмотрена подземная разработка пластовых месторождений угля.

Подземная добыча связана с необходимостью проведения сети подземных горных выработок, по которым добытое по­лезное ископаемое транспортируют на поверхность (рис. 1.1). При добыче ископаемых углей наиболее распространен меха­нический способ разрушения.

Добытый уголь транспортируют по горным выработкам скребковыми или ленточными конвейерами или в вагонетках элек­тровозами, а также под действием собственного веса по желобам или трубам. На отдельных шахтах применяют гидротранспорт, при котором перемещение угля в потоке воды осуществляется по трубам или желобам. На поверхность полезное ископаемое и пустую породу, поднимают в специальных подъемных устройствах (сосудах) — скипах или клетях. Последние оборудуют под заезд в них шахт­ных вагонеток. В клетях также осуществляют спуск и подъем людей, оборудования и материалов.

Рисунок 1.1 - Схема угольной шахты: 1, 2, 12—вертикальные выработки; 3, 4, 5, 10, 11 —горизонтальные выработки; 6, 7, 8, 9—наклонные выработки; 13— насосная камера; 14 — очистной забой

Комплекс подъемных машин и оборудования называют шахт­ным подъемом.

Выданное на поверхность полезное ископаемое размещают на складах и осуществляют отгрузку его потребителям или на обогатительную фабрику.

Для нормального функционирования шахты необходимо осуществлять:

• снабжение горных выработок свежим воздухом. Процесс обеспечения горных выработок и рабочих мест воздухом назы­вается вентиляцией. Поступающая в шахту струя воздуха назы­вается свежей. Свежий воздух при движении по горным выра­боткам загрязняется выделяющимися газами и пылью. Струя такого воздуха называется исходящей. Контроль за состоянием вентиляции шахты и техники безопасности осуществляет уча­сток вентиляции и техники безопасности;

• удаление поступающей в горные выработки и накапли­вающейся в водосборнике воды. Система сбора и удаления по­ступающей в горные выработки воды называется водоотливом. При большой обводненности месторождения осуществляют его осушение;

• снабжение работающих машин и различных установок электро- и пневмоэнергией (сжатым воздухом);

• кондиционирование поступающего в шахту воздуха. Этот процесс осуществляют в глубоких шахтах и рудниках, где тем­пература рудничной атмосферы за счет тепла, выделяющегося из горных пород, обусловливает дискомфортность труда;

• подачу в шахту в зимнее время в районах с суровым кли­матом подогретого в калориферах воздуха;

• мероприятия по предупреждению газодинамических яв­лений (внезапных выбросов угля и газа и горных ударов) и эн­догенных пожаров;

• контроль за состоянием недр, движением запасов и пра­вильностью ведения горных работ. Его осуществляет маркшейдерская служба. В ее задачи входит ведение горнографической документации;

• контроль за соблюдением правил безопасного ведения горных работ. Его осуществляет горнотехническая инспекция (ГТИ);

• восстановление участков земли, подвергшихся влиянию горных работ. Эти работы называются рекультивацией. Их осу­ществляют как шахты, так и разрезы.

Поверхность современных шахт представляет собой комплекс зданий и сооружений, обычно сгруппирован­ных в блоки. На поверхности располагаются здания подъемных машин, копры (конструкции для установки шкивов под канаты клетей и скипов и разгрузки последних), эстакады, помещения электроподстанции, механических мастерских, компрессорной, административно-бытового комбината. На поверхности раз­мещаются материальные склады различного назначения.

Для повышения качества добытого полезного ископаемого осуществляют его обогащение. С этой целью строят обогати­тельную фабрику как для одной, так и группы шахт.

1.2. Формы и элементы залегания полезных ископаемых

По форме залегания месторождения твердых полезных ис­копаемых подразделяются на правильные и неправильные.

К правильным месторождениям относятся пласты (рис. 1.2) и пластообразные залежи.

Пластом называется плитообразная залежь, имеющая значи­тельное распространение в земной коре и ограниченная двумя более или менее параллельными плоскостями. Весьма тонкие пласты, не разрабатываемые вследствие малой мощности (до 0,4 м), называются прослойками. Плоскости соприкосновения пластов отдельных пород называются плоскостями напла­стования.

Породы, залегающие над пластом полезного ископаемого, называются кровлей или висячим боком, залегающие ниже пла­ста — почвой или лежачим боком.

Пласты могут иметь однородное (простое) и сложное строе­ние. Тонкие слои пустой породы, заключенные в пласте, назы­ваются прослойками.

Правильную форму залегания обычно имеют месторожде­ния полезных ископаемых осадочного происхождения (уголь, го­рючие сланцы, различные соли, гипс, марганцевые руды и т.п.).

Часть пласта, выходящая на земную поверхность или нахо­дящаяся неглубоко от нее под наносами, называется выходом пласта (под наносы). Пласты угля залегают согласно, если они в земной коре расположены параллельно друг другу. Несколько согласно залегаю­щих пластов составляют свиту.

К неправильным месторождениям от­носятся жилы, штоки, гнезда, линзы (рис. 1.3). Неправильную форму залегания имеют, как правило, рудные месторождения.

Жилой называется заполненная мине­ральным веществом трещина в земной ко­ре. Жилы бывают простые и сложные. От­ветвления от жил называют апофизами.

Такие формы залегания, как штоки, линзы, гнезда, представляют собой полос­ти в земной коре, заполненные минераль­ным веществом. Они отличаются друг от друга формой и размерами. Такую форму залегания имеют ме­сторождения железных, медных, полиметаллических и других руд.

Рисунок 1.2 - Строение пластов: а — простое; б — сложное

Пласты горных пород в период образования залегали более или менее горизонтально, но под действием тектонических (го­рообразовательных) процессов, протекавших в земной коре, первоначальное залегание пород нарушалось в той или иной степени. В некоторых районах пласты оказались собранными в складки. Они могут занимать любое положение в земной коре.

Нарушения нормального залегания пластов называются дислокациями. Дислокации без разрыва сплошности называются пликативными, с разрывом сплошности — дизъюнктив­ными.

Рисунок 1.3 - Формы залегания рудных тел: а —жила; б—шток; в—линзы; г—гнезда

К пликативным нарушениям относят­ся утолщения и утонения пластов, а так­же складчатость (рис. 1.4).

Складка, обращенная выпуклостью вниз, называется синклиналью, а выпук­лостью вверх — антиклиналью.

К дизъюнктивным нарушениям отно­сятся сбросы, взбросы, надвиги и др. (рис. 1.5).

Положение пластов в земной коре определяется элементами их залегания. К ним относятся простирание и падение пластов.

Протяжение пласта в длину называ­ется простиранием. Линия пересечения пла­ста с горизонтальной плоскостью назы­вается линией простирания (рис. 1.6).

Направление простирания пласта оп­ределяется углом, который составляет ли­ния простирания с меридианом.

Линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания, называется линией па­дения, а само направление этой линии— падением пласта.

Угол, который составляет линия падения пласта с горизон­тальной плоскостью, называется углом падения пласта. В зави­симости от формы залегания и способа разработки полезных ис­копаемых их делят на горизонтальные, пологие, крутонаклон­ные и крутые (табл. 1.1).

Различие классификаций объясняется особенностями техно­логии и механизации разработки залежи по­лезного ископаемого.

Мощность пласта или иной залежи как элемент залегания пред­ставляет собой рассто­яние по нормали меж­ду кровлей и почвой. Такую мощность т на­зывают истинной, или нормальной. Расстоя­ние между кровлей и почвой, измеряемое по горизонтали, называют горизонтальной мощностью, а по вертикали — вертикаль­ной мощностью.

Поскольку в пределах залежи полезного ископаемого мощ­ность ее, как правило, изменяется, поэтому на практике употре­бляют термин — средняя мощность. Так как пласты, например, угля, нередко имеют сложное строение, то различают полезную (без прослойков) и полную (с прослойками) мощность. При раз­работке угольных месторождений иногда вынимают только часть мощности пласта, которую называют вынимаемой мощ­ностью.

Различают также минимальную мощность пласта. Ми­нимальная мощность, при которой разработка пласта целесооб­разна, называется рабочей мощностью.

Классификация угольных пластов и рудных залежей по нормальной мощности представлена в табл. 1.2.

Рисунок 1.4 - Складчатость месторождения

Рисунок 1.5 - Дизъюнктивные нарушения: а—сброс; б — взброс

Рисунок 1.6 - Элементы залегания пласта

Таблица 1.1 - Классификация залежей полезных ископаемых по углу падения

Тип пласта (залежи)

по углу падения

Угол падения, градус
угольных пластов

рудных

месторождений

при подземной

разработке

при открытой

разработке

Горизонтальный 0 0
Пологий 0—18 До 10 До 25
Наклонный 19—35 10—30 25—45
Крутонаклонный 36—55
Крутой >56 >30 >45

Таблица 1.2 - Классификация залежей полезных ископаемых по мощности

Тип пласта (залежи)

по мощности

Мощность, м
угольных пластов

рудных

месторождений

при подземной разработке при открытой разработке
горизонтальные и пологие наклонные и крутые

Весьма

тонкий

До 0,7 До 0,6

Весьма малой

мощности

До 3-5 До 15-25
Тонкий 0,71—1,2 0,6—2,0

Малой

мощности

6—20 25—75
Средней мощности 1,21—3,5 20—40 75—100 2—5
Мощный >3,5 5—20

Весьма

мощный

>20
Большой мощности >40 >100

Различие клас­сификаций также обусловлено особенностями технологии и спо­соба разработки.

Элементы залегания пластовых месторождений являются более или менее выдержанными. Для

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8