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
29-04-2015, 01:09