Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок

Подождите немного. Документ загружается.

Наибольший объем канав (до 75 %) проводится в период поисково-

съемочных и поисковых стадий разведки, так как при незначительной

стоимости по сравнению с другими видами горных работ они дают началь-

ное представление о форме рудного тела и качестве полезного ископаемого,

что позволяет определить направление и объем дальнейших работ.

При вскрытии коренных пород

канава задается вкрест простирания; при

вскрытии рудных тел – по простиранию (при ширине выхода рудного тела

не свыше 2 м) или вкрест простирания до пересечения обоих контактов.

По выполняемым задачам и протяженности по полотну канавы де-

лят на две группы: магистральные и прослеживающие. Протяженность

магистральных канав от 50 м до нескольких километров, прослежи-

вающих – определяется рудным телом. Канавы могут проводиться ин-

тервалами по 3…20 м. К подземным горно-разведочным выработкам

относятся разведочные шурфы – вертикальные, реже наклонные выра-

ботки, проводимые с земной поверхности при геологической съемке,

поисках и разведке ископаемых с целью геологического изучения и взя-

тия проб, оборудованные для доступа людей в рабочие зоны и

оснащен-

ные 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 вырабо-

ток на шахте.

Ствол разведочной шахты отличается от капитального меньшей

площадью поперечного сечения, небольшой

глубиной, простой и деше-

вой крепью, оборудованием и небольшим сроком службы. При разра-

ботке месторождений полезных ископаемых проходится не менее двух

стволов (главный и вспомогательный). Главный ствол в основном слу-

жит для подъема полезного ископаемого и (если нет вентиляционного

ствола) для отвода отработанного воздуха; вспомогательный ствол – для

спуска и подъема

людей, оборудования, материалов, выдачи пустой по-

роды, подачи в шахту свежего воздуха.

Штольня – горная выработка, проведенная к месторождению с по-

верхности горизонтально или с незначительным подъемом, имеющая

непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслу-

живания подземных горных работ при разведке или разработке полез-

ного ископаемого. Проходка штольни возможна при

гористом рельефе

местности. Она проводится как по простиранию, так и под углом к про-

стиранию с уклоном 0,004–0,005 в сторону устья для обеспечения стока

воды и облегчения транспортирования грузов.

Рис. 4. Подземные горные выработки: 1 – копер; 2 – вертикальный ствол;

3 – сопряжение ствола с рабочим горизонтом; 4 – зумпф; 5 – штрек;

6 – околоствольный двор; 7 – зарядное депо; 8 – квершлаг; 9 – служебная камера;

10 – рассечка; 11 – камера; 12 – восстающий; 13 – гезенк; 14 – шурф;

15 – рудное тело (жила)

Штрек – горизонтальная (с углом наклона не более 3°) подземная гор-

ная выработка, проведенная по простиранию наклонно залегающего место-

рождения или в любом направлении при его горизонтальном залегании.

Штрек может быть проведен по полезному ископаемому (с под-

рывкой или без подрывки боковых пород) или по породам, в этом слу-

чае он называется

полевым.

При разработке полезных ископаемых штреки подразделяются на

аккумулирующие (для временного накопления полезного ископаемого),

бутовые (для добывания закладочного материала), вентиляционные (для

отвода из очистного забоя исходящей струи воздуха), выемочные (для

ограничения подэтажа, яруса и выемочного столба), главные (для ос-

новного потока груза), транспортные (для доставки полезного ископае-

мого ленточным конвейером

, материалов, оборудования по рельсовому

пути и монорельсу) и др.

Квершлаг – горизонтальная или наклонная (реже) подземная горная

выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность,

проведенная по вмещающим породам вкрест простирания или под уг-

лом к простиранию рудного тела и обеспечивающая доступ к полезному

ископаемому, транспортирование грузов, передвижение людей, провет-

ривание

и пр.

Восстающий – вертикальная или наклонная горная выработка, про-

водимая по восстанию залежи и служащая для проветривания, передви-

жения людей, спуска полезного ископаемого или породы, доставки ма-

териалов и оборудования, подачи энергии и воды, а также для разведоч-

ных целей.

Восстающий соединяет выработки двух смежных гори зонтов (ино-

гда выработки верхнего горизонта

с земной поверхностью) и проводит-

ся 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 сплош-

ности и границ оруденения, поисков и разведки апофиз или «слепых»

тел

полезного ископаемого. Рассечки от орта отличаются тем, что могут про-

водиться за пределы контакта полезное ископаемое – пустая порода и на-

значением. 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 иско-

паемого под действием собственного веса или в специальных сосудах

механическим способом.

Гезенк соединяет выработки смежных горизонтов и проводится

сверху вниз для прослеживания

границ распространения полезного ис-

копаемого по падению, а также для передвижения людей, доставки обо-

рудования и материалов, прокладки коммуникаций, вентиляции и дру-

гих целей.

Уклон – подземная наклонная выработка, не имеющая непосредст-

венного выхода на поверхность и предназначенная для подъема полез-

ного ископаемого.

Уклон проводится по полезному ископаемому по линии

падения

для обслуживания горно-разведочных работ на нижележащем горизон-

те; 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 горизон-

тов месторождения (по отношению к ранее разведанным) и для обслу-

живания горно-разведочных

работ на этих горизонтах.

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 па-

дения пласта или залежи полезного ископаемого на откаточный гори-

зонт этажа или шахты. Предназначен для спуска полезного ископаемого

на откаточный

горизонт этажа или шахты. Обычно бремсберг оснащен

конвейерной установкой. При необходимости он может быть использо-

ван для подъема с транспорта материалов, оборудования.

Для передвижения людей с горизонта на горизонт параллельно ук-

лону или бремсбергу, как правило, одновременно с ними проводят на-

клонную выработку, называемую ходком. Ходок используют также для

проветривания

, транспортирования оборудования, материалов и т. д.

Печь – подземная горная выработка, проводимая по полезному ис-

копаемому, 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

предназна-

ченная для проветривания, транспортирования грузов, передвижения лю-

дей и пр. Соединяется со штреком обычно с помощью печей. Просек не-

обходим для проведения другой подземной выработки или для соедине-

ния 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 полезно-

го 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 сече-

ния и длина зависят от мощности и угла падения разрабатываемых пла-

стов, рудных тел, залежей и технологии добычи полезного ископаемого.

Служебные камеры располагаются в основном около ствола, устья

штольни на действующем горизонте. В большинстве случаев они являют-

ся вспомогательными выработками и служат для размещения под землей

того или

иного горного оборудования, например насосов, лебедок, буро-

вых станков, для устройства подземных складов и ремонтных мастерских,

камер ожидания, диспетчерской, депо и т. д. Кроме камер проводят выра-

ботки, обеспечивающие необходимое маневрирование поездов около

шахтных стволов, сообщение между камерами и соединяющие стволы с

откаточными и вентиляционными выработками. Совокупность выработок,

служащих для соединения шахтных стволов со всеми остальными выра-

ботками и для размещения некоторых общешахтных производственных

служб (водоотлива, электростанции, электровозного гаража, склада про-

тивопожарного инвентаря и т. д.), называется околоствольным двором.

Околоствольный двор является главной

подземной станцией, про-

пускающей весь груз, выдаваемый на поверхность (полезное ископае-

мое, горная порода), а также поступающие с поверхности порожние ва-

гонетки, вагонетки с крепежными, закладочными и другими материала-

ми, оборудованием и пр. Кроме того, околоствольный двор является ко-

нечным пунктом движения состава с людьми.

По характеру движения составов околоствольные

дворы делятся на

кольцевые, челноковые и смешанные; по расположению и конфигура-

ции 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 поверхно-

стью или с другой выработкой называется устьем, а торцевая поверх-

ность горно-разведочной выработки, перемещающаяся в пространстве в

результате отделения горных пород от массива при проведении выра-

ботки, называется забоем.

Кровля горно-разведочной выработки – это поверхность горных

пород, ограничивающая подземную горизонтальную или наклонную

выработку сверху. Поверхность горных пород, ограничивающая выра-

ботку снизу, называется почвой, а поверхность горных пород, ограничи-

вающая 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 вы-

работки, 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).

Рис. 5. Элементы горно-разведочных выработок: 1 – устье; 2 – забой; 3 – кровля; 4 – почва; 5 – стенки (бока)

Рис. 6. Сопряжения выработок: а – прямое; б – прямое пересечение; в – косое; г – двустороннее косое;

д – треугольный узел; е – косое пересечение

Контрольные вопросы

1. Дайте определения открытых и подземных горных выработок.

2. Назначение горно-разведочных выработок.

3. Перечислите открытые горно-разведочные выработки.

4. Перечислите горизонтальные подземные выработки.

5. Перечислите вертикальные горные выработки.

6. Нарисуйте и назовите элементы подземной горизонтальной выра-

ботки (штольни).

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При разведке месторождений полезных ископаемых горными вы-

работками, а также при строительстве и эксплуатации шахт, рудников,

карьеров, разрезов, тоннелей технологические процессы связаны, преж-

де всего, с разрушением, погрузкой и транспортированием горных по-

род, а также с обеспечением устойчивости подземных горных вырабо-

ток и бортов карьеров.

Сведения о физико-механических свойствах

необходимы для выбо-

ра способа бурения шпуров, породоразрушающего инструмента и буро-

вых машин, конструкции вруба и заряда, параметров технологии, фор-

мы поперечного сечения выработок, ее размеров, типа крепи, выбора

средств и способов погрузки породы и т. д.

При проведении буровзрывных работ огромное значение имеет пра-

вильный учет крепости пород, анизотропии,

трещиноватости, напласто-

вания, угла падения, так как разрушение породы при взрыве всегда про-

исходит по ослабленным плоскостям или по нормали падения пород.

Свойства пород влияют на выбор их способа погрузки и транспортиро-

вания пород. Погрузка кусковатых сильноабразивных пород производит-

ся машинами ковшового типа непосредственно в вагонетки. Применение

машин непрерывного действия и

перегружателей ограничено тем, что

эти механизмы при погрузке указанных пород имеют меньшую произво-

дительность по сравнению с машинами ковшового типа и быстро выхо-

дят из строя, а ленты перегружателей быстро изнашиваются.

Свойства горных пород влияют также на выбор режима и технико-

экономические показатели работы проходческих бригад. В породах не-

высокой

крепости, абразивности, вязкости можно достигнуть подвига-

ния забоя за взрыв 2 м и более и выполнять 1,5–2 цикла в смену. Напро-

тив, в породах крепких, абразивных, вязких таких показателей достиг-

нуть не удается или для их достижения необходимо затрачивать боль-

шие трудовые, материальные и энергетические ресурсы.

Свойства горных пород различны и определяются

комплексом гео-

логических признаков (минералогическим составом, структурой, тек-

стурой и другими факторами) и зависят от свойств основного мине-

рального вещества, размера зерен, минерального цемента, пористости,

трещиноватости и др.

По виду породообразующего материала и характеру связей между

минеральными зернами горные породы подразделяют на твердые

(скальные, полускальные), связные и сыпучие.

К скальным относятся изверженные, метаморфические и осадочные

породы, имеющие предел прочности на сжатие от 5 · 10

до 3 · 10

Па (гра-

ниты, андезиты, базальты, песчаники и т. п.). Они характеризуются наличи-

ем значительных молекулярных сил сцепления и трения между частицами,

имеют обычно высокую твердость и относительно трудно разрушаются.

К полускальным относятся часть изверженных и метаморфических, а

также большая часть осадочных пород со слабым сцеплением между части-

цами, имеющих предел

прочности пород на сжатие от 2 · 10

до 5 · 10

Па

(сланцы, мергели, крепкий каменный уголь и т. п.).

В скальных и части полускальных пород разведочные выработки

зачастую проводят без крепления или с частичным креплением при пе-

ресечении участков сильнотрещиноватых и раздробленных пород.

Связные породы (типа глин) характеризуются значительными сила-

ми сцепления между частицами. Однако их свойства сильно

изменяются

в зависимости от влажности. От скальных пород они отличаются высо-

кой 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 типич-

ные 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 оса-

дочных 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.

Таблица 1

Структура Характеристика пород

Кристаллическая

крупнозернистая

Среднезернистая

Мелкозернистая

Афанитовая

Скрытокристаллическая

Стекловатая

Порфировая

Обломочная

Порода целиком состоит из кристаллических

зерен размером 1…5 мм

Размер зерен до 1 мм

Размер зерен менее 1 мм

Зерна различимы лишь в лупу

Кристаллы не видны даже при увеличении

Сплошная стекловидная масса

В общую стекловатую или скрытокристалличе-

скую массу вкраплены кристаллические зерна

Порода сцементирована

из обломков

Прочность и устойчивость осадочных горных пород зависят глав-

ным образом от состава цементирующего вещества, а также типа це-

ментации. По составу цементирующие вещества в осадочных породах

могут быть кремнистыми, известковыми, глинистыми, а также сложны-

ми, например карбонатно-глинистыми и слюдистыми. Наиболее проч-

ными являются кремнистые и карбонатные цементы, наименее прочны-

ми – глинистые.

Текстура горных пород характеризует закономерности в распреде-

лении и расположении структурных элементов.

Важнейшие типы текстуры горных пород приведены табл. 2.

Таблица 2

Текстура Характеристика пород

Массивная

Пористая

Слоистая

Частицы горной породы не ориентированы,

плотно прилегают друг к другу

В горной породе имеется множество микропустот

Частицы породы чередуются с другими час-

тицами, образуя слои и напластования

Для многих литологических разновидностей осадочных пород ха-

рактерна 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 оп-

ределяют его прочностные свойства (рис. 7).