Горные выработки при различных полезных ископаемых

горные работы – работы по выемке полезного ископаемого или породы.

горные выработки – полости, которые образуются в толще земной коры в результате ведения горных работ. Горные выработки весьма разнообразны по своей форме, размерам, назначению и положению в пространстве (рис.3). Горные выработки, предназначенные для подготовки и разработки полезных ископаемых подземным способом, по положению в пространстве разделяются на вертикальные, горизонтальные и наклонные (рис.4).

Рис.3. Классификация горных выработок

Перечислим виды вертикальных горных выработок:

· шахтные стволы (рис.4, поз.1 и 2) – вертикальные выработки, имеющие непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенные для обслуживания подземных работ. Различают главные, вспомогательные и вентиляционные;

· гезенк (рис.4, поз.3) – выработка, не имеющая непосредственного выхода на дневную поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхнего горизонта на нижний, для передвижения людей, канализации воздуха и пр.;

· шурф (рис.4, поз.4) – выработка небольшого сечения глубиной до 50-60 м, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для разведки полезного ископаемого или обслуживания подземных работ;

 
Рис.4. Расположение горных выработок

· скважина – выработка, пройденная выбуриванием горных пород, имеет круглое сечение диаметром от 0,04 до 2 м.

Среди горизонтальных горных выработок выделим следующие:

· штрек (рис.4, поз. 5) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по простиранию пласта или залежи полезного ископаемого. В зависимости от назначения штреки подразделяются на откаточные (5) и вентиляционные (6), которые, в свою очередь, могут быть пластовыми и полевыми;

· квершлаг (рис.4, поз.7) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по породам вкрест простирания или под углом к простиранию месторождения. Откаточные и вентиляционные квершлаги выполняют те же функции, что и штреки;

· просек (рис.4, поз.8) – выработка, проводимая параллельно штреку по пласту полезного ископаемого и используемая для проветривания штреков при их проведении и для транспортировки полезного ископаемого;

· штольня – горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения, целей вентиляции, водоотлива и разведки;

· орт – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, проводимая в толще полезного ископаемого и служащая для соединения штреков, проведенных у кровли и почвы пластов.

В группу наклонных горных выработок входят следующие:

· наклонный ствол – наклонная выработка, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения и обслуживания подземных работ;

· бремсберг (рис.4, поз.9) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, расположенная по падению пласта или пород и предназначенная для спуска различных грузов при помощи механических устройств;

· уклон (рис.4, поз.10) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, пройденная по падению пласта или пород и предназначенная для подъема различных грузов с нижних горизонтов на верхний;

· ходок (рис.4, поз.11) – выработка, проводимая параллельно уклону или бремсбергу на расстоянии 20-30 м и предназначенная для проветривания, перевозки людей и грузов;

· печь (рис.4, поз.12) – выработка, проводимая по восстанию пласта и предназначенная для проветривания, передвижения людей, транспорта грузов и подготовки очистного забоя (разрезная печь);

· лава (рис.4, поз.13) – выработка, имеющая забой значительной протяженности, перемещающийся в результате ведения работ (выемки полезного ископаемого).

· околоствольный двор (руддвор) – комплекс выработок (служебные камеры, участки квершлагов или штреков и др.), расположенных около шахтных стволов и предназначенных для обслуживания подземных горных работ.

Формы поперечного сечения выработок зависят от физико-механических свойств пород, срока службы, назначения, а также свойств материала крепи.

Наиболее распространенной формой поперечного сечения вертикальных стволов является круглая, реже прямоугольная или квадратная. В качестве крепи применяют монолитный бетон, железобетонные стальные или чугунные тюбинги (для стволов круглой формы поперечного сечения) и дерево для стволов прямоугольной и квадратной форм поперечного сечения.

Горизонтальным и наклонным выработкам при деревянной крепи придают форму прямоугольника или трапеции (рис.5, а, б), при бетонной – сводчатую форму (рис.5, в); при металлической – арочную (рис.5, г), при сборной железобетонной – полигональную (рис.5, д).

Выработки должны иметь такую площадь поперечного сечения, которая обеспечила бы перемещение по ним воздуха со скоростями, не превышающими допустимые по правилам безопасности:

Для облегчения выбора размеров поперечного сечения выработок проектными организациями разработаны типовые сечения горизонтальных и наклонных горных выработок практически для любых горно-геологических условий, видов крепи и транспортного оборудования.

Шахта (рудник) – горное предприятие, осуществляющее добычу угля, руд и нерудных полезных ископаемых подземным способом. Понятием шахта объединяют наземные сооружения и совокупность подземных горных выработок.

шахта «Распадская» (Кузбасс) – самая крупная среди угольных шахт России – имеет проектную мощность 7,5 млн т в год; годовая проектная мощность железорудной шахты «Гигант» (Кривой Рог) 12 млн т. Наибольшая глубина ведения горных работ по добыче угля достигнута в Индии (1600 м), добыча железных руд в Кривом Роге в ближайшие годы будет производиться на глубинах более 1500 м.

Самые глубокие шахты в мире по добыче золота, серебра и алмазов находятся в Индии («Чемпион-Риф») и ЮАР («Витватерсланд» и др.); их глубина достигает 4,5-5 км.

шахтное поле – часть месторождения, отведенная для разработки одной шахте. Границами шахтного поля являются условные поверхности, ограничивающие его по простиранию и падению (рис.6). В случае негоризонтального залегания обычно различают границы по восстанию (верхняя граница), падению (нижняя граница) и простиранию (боковые границы).

Шахтное поле имеет два размера: длину по простиранию и ширину по падению. Длина шахтного поля по простиранию достигает 20 км, по падению 4-5 км.

При подземных горных работах из угля и вмещающих пород в горные выработки выделяется газ метан. Различают обычное, суфлярное и внезапное выделения метана. Шахты в зависимости от метанообильности разделяются на пять категорий. Критерием для такого деления является относительная метанообильность, т.е. коликого деления является относительная метанообильность, т.е. количество метана, выделяющегося в сутки на 1 т среднесуточной добычи. Согласно § 182 «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах» [22], шахты классифицируются следующим образом:



Горные выработки — сооружения в недрах Земли, созданные в результате горных работ и представляющие собой полость в массиве.

Разведочные выработки осуществляют с целью поисков месторождения, определения запасов и характера залегания полезного ископаемого.

Эксплуатационные горные выработки проводят для добычи полезного ископаемого. Они делятся на капитальные, подготовительные и очистные.

Забой — передвигающаяся часть горной выработки, в которой осуществляется выемка минералов.

Боковые стенки — поверхности, ограничивающие выработку с боков.

Рис. 2.9. Технология подземной разработки месторождения под рекой Ингул (Украина): 1 — отбитая руда: 2 — орт буродоставочный; 3 — целик надортовый;

4 — временно замагазинированная отбитая руда; 5 — завеса противофильтрационная (стена в грунте)

Кровля — поверхность, ограничивающая выработку сверху.

Почва — поверхность, ограничивающая выработку снизу.

Канава — открытая горная выработка с трапецеидальным или прямоугольным поперечным сечением значительной длины при сравнительно малых размерах поперечного сечения и небольшой глубине, проводимая при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Глубина канав обычно не превышает 4 м, длина измеряется десятками и сотнями метров.

Траншея — открытая горная выработка трапециевидной формы, ограниченная снизу подошвой и с боков наклонными плоскостями (по длине — бортами, по ширине — торцами).

Карьер — предприятие, представляющее собой совокупность горных выработок (траншей, котлованов, рудоспусков и др.), осущест

вляющее разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом.

Разрез — предприятие по добыче угля открытым способом, представляющее собой комплекс, состоящий из карьера, погрузочнотранспортного и отвального хозяйства, ремонтно-механических мастерских, иногда сортировки и обогатительной фабрики.

Шурф — подземная горная выработка малого сечения и небольшой глубины, имеющая выход на поверхность, предназначенная для разведки и обслуживания подземных горных работ. Глубина разведочных шурфов составляет 20—40 м, а площадь поперечного сечения — 1—4 м2.

Шахтный ствол — вертикальная или наклонная горная выработка круглого или прямоугольного сечения, имеющая непосредственный выход на поверхность, предназначенная для обслуживания горных работ в пределах шахтного поля или его части.

Слепой ствол — вертикальная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для обслуживания подземных работ.

К горизонтальным подземным выработкам относятся штольни, квершлаги, штреки, рассечки и орты.

Штольня — горизонтальная подземная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность, предназначенная для обслуживания подземных работ. Штольни подразделяют на разведочные и эксплуатационные, а по функциям — на откаточные, вентиляционные и водоотливные.

Штрек — горизонтальная подземная горная выработка, проведенная по простиранию наклонно залегающего месторождения или в любом направлении при его горизонтальном залегании (рис. 2.10).

Полевой штрек — пройденный по пустым породам.

Квершлаг — горизонтальная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, пройденная по породам вкрест простирания месторождения, используемая для транспорта, вентиляции, передвижения людей, водоотлива, прокладки коммуникаций.

Рассечка — горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проводимая для поисков и разведки из шурфов, штолен, штреков или восстающих вкрест простирания горных пород. Длина рассечки — 20—30 м, реже — 50-100 м.

Орт — горизонтальная горная выработка, пройденная вкрест простирания по полезному ископаемому, не имеющая непосредственного выхода на поверхность.

К наклонным горным выработкам относят шурфы и стволы шахт, если их ось не вертикальна, а также уклоны, восстающие бремсберги, гезенки, просеки, печи.

Рис. 2.10. Горизонтальная выработка (штрек, орт, квершлаг), закрепленная бетоном и анштангами

Уклон — наклонная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для подъема полезного ископаемого и вентиляции.

Восстающий — подземная вертикальная или наклонная горная выработка, пройденная по восстанию для проветривания, передвижения людей, спуска полезного ископаемого и породы, доставки материалов и оборудования, подачи энергии и воды, а также для разведки (рис. 2.11).

Бремсберг — наклонная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная по падению залежи, предназначенная для спуска полезного ископаемого на откаточный горизонт.

Гезенк — вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для спуска полезного ископаемого, вентиляции, спуска оборудования и передвижения людей.

Печь — подземная горная выработка, пройденная по полезному ископаемому, по восстанию залежи, предназначенная для проветривания, передвижения людей и транспортирования грузов.

Просек — подземная горная выработка, проводимая обычно по простиранию или залежи и предназначенная для проветривания, передвижения людей и транспортирования грузов.

Рис. 2.11. Вертикальная выработка (восстающий), закрепленная бетоном и штангами с металлической сеткой

Камерная выработка — горная выработка, поперечные размеры которой сравнимы с длиной.

Околоствольный двор — совокупность выработок, служащих для соединения шахтного ствола с остальными выработками рудника или шахты и размещения водоотлива, электроподстанции, электровозного гаража, склада противопожарного инвентаря и т.п.

Очистная выработка — предназначена для добычи полезного ископаемого. Она сохраняются только во время выемки полезного ископаемого из блока. К очистным выработкам относят рудоспуски, выработки горизонтов вторичного дробления и скреперования.

Устойчивость выработки — свойство сохранять целостность боков и кровли без разрушения в течение технологически необходимого времени. Она зависит от мощности геологической структуры, пересекаемой рудным телом, и от соотношения высоты выработок и мощности рудного тела (рис. 2.12).

Устойчивость выработок зависит от степени нарушенности вмещающих пород геологическими структурами, образующими элементарные структурные блоки пород, стремящиеся к смещению в выработку при подработке (рис. 2.13).

Рис. 2.12. Зависимость устойчивости выработок от соотношения размера выработки и геологических структур: 1,2,3 — соответственно подзоны шва, мелких трещин и крупных трещин; I, II, III — типы выработок; I — пересекающие шов на всю мощность; II — пересекающие шов не на всю мощность, а только подзону повышенной мелкой трещиноватости; III — выработки, не пересекающие шов на всю мощность

Рис. 2.13. Схема разрушения массива геологическими структурами в окрестности выработки