Основные понятия и классификация

горных выработок

Под горной выработкой понимают сооружения в недрах земли или на ее поверхности, созданная в результате ведения горных работ и представляющие полость в массиве горных пород.

Горные выработки, пройденные в недрах земли, называются подземными, пройденные на поверхности земли открытыми.

У горизонтальных и наклонных горных выработок, пройденных в недрах земли, выделяют ограничивающую их поверхность: забой, кровлю, бока, почву (подошву).

Забоем называется перемещающаяся в пространстве полезного ископаемого (ПИ) или вмещающих пород поверхность, с которой непосредственно осуществляется их выработка.

В вертикальной подземной выработке выделяют: забой и бока.

Место примыкания подземной выработки к поверхности земли или к другой выработке называется устьем выработки.

Горное предприятие - пром. предприятие, имеющее своей целью разведки и разработку ПИ.

Полезное ископаемое (ПИ) - природное минеральное вещество, которое при современных технико-экономических условиях целесообразно извлекать из недр земли для промышленного использования.

Месторождение ПИ - естественное скопление в земной коре ПИ, разработка которого при данных технико-экономических условиях считается целесообразным.

Под минеральным сырьем понимают - полезные ископаемые добываемые из недр.

Различают следующие виды мин. сырья: рудные - горные породы или мин. агрегаты, со­держащие какие-либо металлы, неметаллическое (нерудное) - горные породы или минералы, используемые непосредственно в промышленности или служащие сырьем для того или иного производства, но не являющиеся источником получения металлов (асбест, слюда, ма­лахит), горючее уголь, нефть, газ, торф, горючие сланцы, используемые как энергетическое сырье.

Горные породы состоят из минералов - природных химических соединений или самород­ных элементов, образованных в результате физико-химических процессов, происходящих в земной коре.

Выделяют 3 группы процессов формирования горных пород и минералов:

1. эндогенные;

2. экзогенные;

3. метаморфические.

Эндогенные - протекают на различных глубинах поверхности под влиянием

температуры и давления. При охлаждении и затвердевании магмы в глубинных частях зем­ной коры образуются магматические породы (гранит, сиенит, диорит, габбро), а в результате вулканических процессов - изверженные ( ) породы (диабаз, андезит, базальт и др.).

Экзогенные - происходят в верхних частях земной коры и на поверхности под влиянием изменения температуры, воды, углекислого газа, а также вследствие разложения органиче­ских соединений, образуются осадные породы, к которым относятся: песчаники, сланцы, из­вестняки, уголь, каменная соль и др.

Метаморфизм - процесс изменения внутреннего строения, хим. состава и физических свойств горных пород под влиянием высокой температуры и давления. Видоизмененные в результате метаморфизма горные породы называются метаморфическими (кварциты, мра­моры, слюдяные сланцы и др.

Руда - мин. вещество, содержащее одно или несколько полезных ископаемых (в основном металлы).

Минералы и горные породы не имеющие практического значения в настоящее время, на­зываются пустой породой.

Минерал - составные части горных пород и руд, представляющие природные хим. со­единения, различающиеся по хим. составу и физическим св-вам (цвет, блеск, твердость, зер­нистость).

Работы по выемке горных пород проходки и поддержанию выработок называются гор­ными работами. Под этим понимают (отбойка или отделение части горных пород от мас­сива), погрузке транспортирования подъема на поверхность и крепления горных выработок.

Рудник - горное предприятие, производящее разработку месторождения

Шахта - производственная единица входящая в состав горного предприятия или рудника, которое выполняет подземную добычу ПИ в пределах отведенной для нее части месторож­дения.

Горное предприятие по подземной разработке рассыпных, главным образом золотоносных, месторождений называется прииск.

Карьер - горное предприятие, представляющее собой совокупность разнообразных выра­боток (траншей, канав, котлованов, рудоспусков и др.) и осуществляющее разработку место­рождений ПИ открытым способом.

Карьеры, осуществляющие разработку угольных месторождений назыв. разрезами.

Часть месторождений, отведенная для разработки рудником, шахтой, карьером называется рудничным, шахтным, карьерным полем.

Земельный участок, представляемый горному предприятию для разработки месторождения и строительства для этого зданий, сооружений, коммуникаций называется земельным отво­дом. Площадь земельного отвода во много раз превышает площадь рудничного, шахтного или карьерного поля достигая нескольких тысяч гектаров.

Горный отвод - часть земных недр предоставляемое организации или предприятию для промыш. разработки, содержащихся в ней залежей ПИ.

Элементы залегания рудного тела

Пространственное положение горных пород в земной коре называется их залеганием.

Породы, залегающие под пластом или залежью полезного ископаемого называется висячим боком (покрывающая порода).

Породы, на которых лежит пласт, называются лежачим боком (подстилающие породы).

Горные породы, окружающие месторождение, называются вмещающими.

К элементам залегания относятся: простирание, глубина залегания, падения и угол падения пласта и его мощность (чаще всего m).

Элементы залегания определяют положение рудного тела (пласта) в пространстве.

Линией простирания залежей называют направление горизонтальной линии на поверхно­сти пласта (слоя, жилы и т. д.) определяемые горным компасом относительно меридиана. Характеризуются двумя азимутами простирания обычно указывается один из них.

Глубиной залегания в данной точке залежи считается вертикальное расстояние от земной поверхности до самой нижней точки висячего бока.

Линией падения называется наибольший наклон пласта (слоя, жилы и др. биологических тел), определяемый относительно горизонтальной плоскости и стран света характеризуется азимутом и углом падения, для измерения которых сначала определяют линию.

Углом падения или просто падением называется угол образованный линией падения ме­сторождения с горизонтальной плоскостью.

Мощность - кратчайшее расстояние между контактами рудного тела (между боковыми поверхностями пласта).

Виды месторождений ПИ

1. Пласты (четные контакты) - такая форма залегания, при

которой горное тело ограничено двумя более или менее

параллельными плоскостями смещающими породами.

2. Пластообразные - залеж в отличии от пласта имеет ограни-

ченное протяжение и непостоянную толщину (мощность).

2. Линзы - залежи имеющие формы овального и округлого тела с уменьшением мощности к краям.

В форме линз часто залегают месторождения черных, цветных и редких металлов и неметаллических ПИ.

4. Рудное тело неправильной формы ( ).

Штокообразные тела больших размеров называют

батолитами.

5. Жила представляет собой трещину в земной коре заполненную

минеральным вещ-вом. Иногда они имеют выдержанные фор-

мы залегания, но чаще их мощность и угол падения меняются с глубиной простирания. Совокупность нескольких жил - свитом.

6. Гнездообразные представляют собой скопление мелких рудных включений неправильной формы.

Форма залегания рудных тел, их размеры, а также св-ва руд влияют на выбор техноло­гии добычи. Поэтому, с точки зрения технологии, классифицируют горно-технические усло­вия разработки по следующим признакам: по углу падения - _ горизонтальные от 0⁰ до 3⁰ ; по­логопадающие от 3⁰ до 30⁰ ; наклонные от 30⁰ до 45⁰ - 50⁰ ;

крутопадающие от 45⁰ - 50⁰ до 90⁰; по мощности - тонкие до 0,8 м, маломощные от 0,8 м до 5 м, средней мощности от 5 м до 15 м , мощные от 15 м до 60 м , весьма мощные более 60 м.

Устойчивостью горных пород называют их способность сохранить равновесие при различ­ных условиях обнажения. По устойчивости руды и вмещающие породы делятся на 5 групп : 1. Слабые и неустойчивые (совсем не допускают обнажение кровли и боков выработки без крепления и как правило требует применение опережающей крепи). При разработке рудных месторождений такие породы как плывуны, сыпучие, рыхлые породы насыщенные водой встречаются очень редко;

2. неустойчивые (допускают небольшое обнажение кровли, до 3 м шириной, требующие прочного поддержания ее в след за выемкой;

3. средней устойчивости (допускают обнажение кровли на сравнительно большой пло­щади, до 50 - 100 м², требующие поддержания при значительном сроке ее обнажения;

4. устойчивые (допускают значительные обнажения кровли и боков, до 200 - 500 м², и требующие поддержания только в отдельных местах;

5. весьма устойчивые (допускают огромные обнажения как сверху так и с боков, до 800 - и более 1000 м², и длительное время могут стоять не обрушаясь без поддержания. Породы этой группы встречаются довольно редко.

Стадии подземной разработки ПИ и горные

выработки

1. ствол

2. слепой створ

5. квершлаги

7. полевые штреки

8. полевой восстающий

9. рудный восстающий

10. подэтажные штреки

11. рудоспуск

12. штольни

13. шурф

14. камера подъемной машины

15. зумпф

16. граница зоны сдвижения пород

17. здание подъемной машины

18. шахтный копёр

19. откаточный орт

Ствол -вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля или его части, т. е. подъёма и спуска людей, ПИ, материалов. По стволу прокладываются электрокабели, трубы для воды и сжатого воздуха, через него осуществляют проветривание горных вырабо­ток. Верхняя часть ствола называется устьем, а нижняя (15) зумпфом - для сбора шахтных вод. Стволы бывают главными, для подъема ПИ, спуска и подъема людей; вспомогательными, для подъема и спуска людей, материалов, породы, оборудования; вентиляционными и водоотливными. Иногда стволы называют по типу подъемных сосудов - скиповые, клетье­вые, скипо-клетьевые.

Слепой ствол - вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность.

Квершлаг - горизонтальная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная в крест (поперек) простирания рудного тела по пустой породе, используемая для транспорта вентиляции передвижения людей, водоотлива, прокладки кабелей труб, линий связи.

Штрек - горизонтальная горная выработка, не имеющая выхода на по­верхность пройденная по простиранию рудного тела. Та же выработка, пройденная по пустым породам, называется полевым штреком.

Орт - горизонтальная горная выработка, пройденная в крест простирания рудного тела.

Восстающий - вертикальная или наклонная горная выработка, пройден­ная снизу вверх и служащая для проветривания, передвижения людей, спуска руды или породы, доставки материалов, подачи энергии и воды.

а) восстающие, пройденные для спуска руды с верхних горизонтов на нижние под действием собственного веса, называются рудоспусками, а по­роды - породоспусками;

б) короткие рудоспуски, предназначенные для выпуска отбитой руды из блоков, называются дучками.

Уклон - наклонная горная выработка не имеющая непосредственного выхода на поверхность и служащая для подъема ПИ, а также подъема - спуска различных грузов и оборудования (автоуклон).

Бремсберг - наклонная горная выработка не имеющая выхода на по­верхность, предназначенная для спуска ПИ на откаточный горизонт (осна­щается конвейерами, реже канатной откаткой, в вагонетках и скипах.

Выпускная воронка - выработка служащая для выпуска отбитой руды, имеет форму воронки , нижняя часть которой оборудована люком, вибро­питателем и т. д.

Шурф - вертикальная не глубокая (до 40 м) горная выработка круглой или прямоугольной формы сечения пройденная с поверхности. Служит для разведки ПИ. Эксплуатационные шурфы проходят для вентиляции водоот­лива, транспортировки материалов, спуска и подъема людей, оснащается легким, бадейным подъемом и используется часто, как запасный выход из подземных выработок.

Камера - подземная горная выработка, имеющая при больших попереч­ных сечениях не большую длину и предназначенная для размещения обо­рудования (машинные, участковая подземная подстанция -УПП, ремонтные, дробильные).

Штольня - горизонтальная горная выработка, имеющая непосредствен­ный выход на поверхность её назначение такое же как у ствола.

Тоннель - горизонтальная горная выработка, имеющая два выхода на поверхность.

Этаж - это участок, имеющий длину равную длине шахтного поля по простиранию и ограниченная по падению штреками откаточного и венти­ляционного горизонта.

Блок - это часть этажа, в которой осуществляют все процессы очистной выемки и обладающая самостоятельной системой проветривания.

Панель - это как бы горизонтальный аналог понятия "этаж". Панели по­лучаются в результате деления горизонтальной или пологой залежи систе­мой взаимно-перпендикулярных горизонтальных подготовительных вырабо­ток. Ширина панели от 50 до 200 м, а длина в несколько раз больше ширины.

Совокупность горизонтальных выработок в основании этажей, по кото­рым происходит откатка руды и породы до ствола шахты, а при вскрытии штольней на поверхность называется основным горизонтом.

Вскрытием рудничного (шахтного) поля (месторождения) называется проведение капитальных выработок, открывающих доступ к нему с по­верхности или от разрабатываемой части к ещё не разрабатываемой (вскрытие нового горизонта) и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок. Вскрытие обеспечивает транспортную связь между поверхностью и подземными работами и их проветривание. Или: вскрытие - проведение горных выработок для того, чтобы обеспечить доступ с поверхности к месторождению.

Подземная разработка месторождений ПИ состоит из трех стадий :

1. вскрытие;

2. подготовка;

3. очистная выемка.

Подготовка - это разделение месторождения на отдельные участки (этажи, панели, очистные блоки) и подготовку этих участков к началу очистных работ.

Очистная выемка - это горные работы по массовой добыче ПИ. Она включает:

отбойку ПИ, доставку её до откаточного горизонта, поддержания вырабо­танного пространства и управление кровлей.

Пространство, образованное после выемки руды, называется выработан­ным или очистным пространством.

Горно-капитальными работами называются работы по проведению вы­работок открывающих доступ с поверхности земли к месторождению.

Горно-подготовительными называются работы по проходке горных вы­работок, выполняемые после вскрытия месторождения и обеспечивающие подготовку его для добычи ПИ.

Нарезными называются работы, выполняемые в подготовленной части месторождения и необходимые для начала очистной выемки.

Кусковатость - способность горной породы в результате дробления дро­биться (измельчаться) на куски определённых размеров. Она характеризу­ется гранулометрическим составом, т. е. количественным соотношением кусков различной крупности отбитой руды или породы.

Гранулометрический состав - это наличие отдельностей определённого размера в отбитой породе или руде (оказывает влияние на выбор: схем выпуска руды из блоков типа люков размера рудоспусков бункеров, транспортного или дробильного оборудования).

Максимально допустимый размер куска добытой руды, которой может быть выдан из подземных выработок, называется кондиционным (устанав­ливается исходя из применяемого оборудования: люковые затворы, ваго­нетки, скипы, жерло, дробилки).

Кондиционный (габаритный) кусок руды, кусок таких размеров, кото­рый может использоваться для дальнейшей переработки без дополнитель­ного дробления.

Процесс дробления негабаритов называется вторичным дроблением.

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Основные термины и понятия

Отбойка, дробление и перемещение (выброс и сброс) пород при их раз­работке производится с помощью зарядов ВВ размещаемых в шпурах, скважинах, траншеях.

Шпур - искусственное цилиндрическое углубление в горной породе диаметром не более 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважина - искусственное цилиндрическое углубление диаметром более 75 мм при глубине до 5 м и любого диаметра при глубине более 5 м.

Для размещения больших зарядов (до нескольких тонн) применяют за­рядные камеры (обычно прямоугольной формы).

Выработки - камеры, предназначенные для размещения зарядов ВВ на карьерах и гидротехнических объектов, имеют непосредственный выход на поверхность. При горизонтальном расположении выработка называется штольней, при вертикальном - шурфом.

Для образования удлинённых выработок (каналов и т. д.) применяют траншеи, на дно которых размещают сплошной заряд длиной несколько сотен метров.

Буровыми - называются работы по образованию шпуров или скважин бурильными машинами.

Бурение - процесс последовательного разрушения породы на забое шпура или скважины и удаления продуктов разрушения на поверхность.

Расположение шпуров в забое

1. врубовые шпуры;

2. вспомогательные шпуры;

3. отбойные шпуры;

4. оконтуривающие шпуры (боковые);

5. оконтуривающие (арки) шпуры;

6. оконтуривающие (раки) шпуры.

Для отрыва породы на заданную глубину в забое выработки бурят ком­плект шпуров, состоящих из врубовых, вспомогательных, отбойных и оконтуривающих шпуров, с целью размещения в них зарядов ВВ.

Забои подземных выработок имеют одну открытую поверхность, поэтому работа шпуровых зарядов затруднена.

Врубовые шпуры чаще всего располагают в центральной части забоя и взрывают в первую очередь для образования вруба (полости), чтобы облег­чить работу зарядов в других шпурах путём образования дополнительной открытой поверхности. Поэтому их длину принимают на 10 - 15 % больше длины остальных шпуров, а расстояние между ними делают меньше.

Взрывом зарядов в вспомогательных шпурах врубовая полость расширя­ется до необходимых размеров.

Отбойными шпурами разрушают основную массу породы.

Оконтуривающими отбивают породу по контуру выработки для придания ей поперечного сечения, проектных размеров и формы.

Число оконтуривающих шпуров определяется из условия

, где P - периметр поперечного сечения выработки ВМ;

b - расстояние между оконтуривающими шпурами.

Оконтуривающие шпуры в крепких и вязких породах располагаются на расстоянии 0,1м от контура выработки, а расстояния между шпурами 0,5 - 0,65 м; в породах средней крепости 0,2 м от контура выработки при уве­личении расстояния между ними 0,7 - 0,8 м.

Число врубовых и отбойных шпуров определяется:

Во избежание уменьшения ширины выработки в крепких породах устья оконтуривающих шпуров располагают на расстоянии 0,1 м от стенки выра­ботки, а забои этих шпуров должны выходить за будущий контур выра­ботки на 10 см, а в породах средней крепости - 0,2 м от стенки выработки и выходить за будущим на 5 -7 см. При этом угол наклона оконтуриваю­щих шпуров к плоскости забоя составляет 85⁰ - 87⁰.

КИШ - это отношение поддвигания забоя за один цикл к средней глу­бине пробуренных шпуров (коэффициент использования шпура).

Взрыв считается неудовлетворительным при КИШ менее 0,65 - 0,7 ; нор­мальным при КИШ 0,8 - 0,9 ; а хорошим - при 0,9 и выше. Он зависит от размеров врубовой полости из-за чего выбору схемы расположения шпуров (типа вруба) придается первостепенное значение.

1. Пирамидальный вруб.

Состоит из шпуров, сходящихся в одной точке. Применяется в крепких породах, т. к. при этом врубе создаётся наибольшая концентрация ВВ в одном месте (вершина пирамиды). Такие шпуры не должны пересекаться.

С увеличением крепости пород увеличивается число шпуров

(до 6 - 8) и уменьшается угол наклона к плос­кости забоя.

Соблюдение углов наклона шпуров возможно при значительных размерах забоя выработки. В забоях ствола шахт легко выдерживать углы наклона, в горизонтальной выработке бурить наклонные шпуры (особенно верхние) труднее.