Устройство шахты по добыче полезных ископаемых

ШАХТА (а. mine, pit, соlliery; н. Grube, Zeche, Schachtanlage; ф. mine, siege, charbonnage, puits; и. mina, pozo, hullera) — производственный объект, осуществляющий добычу полезного ископаемого с помощью системы подземных горных выработок.

До середины 20 века под термином «Шахта» понималась вертикальная или наклонная горная выработка, пройденная с поверхности Земли по полезным ископаемым для разведки или вскрытия месторождений. В зависимости от назначения различали разновидности шахт: кунстшахта (оборудованная водоотливными машинами — т.н. водяная шахта), рихтшахта (разведочная), трейбшахта, фердершахта и циехшахта (оборудованные подъёмными машинами), форшахта (для входа и выхода горняков из шахты).

Прототипы шахты впервые появились в неолите в 8-7-м тысячелетии до н.э., когда с помощью горных орудий из рога, камня и дерева (кайла, мотыги, кирки и др.) при добыче кремня в земле стали прокладывать довольно сложные сети ходов-выработок (Граймс-Грейвс, Великобритания; Кварнбю, Швеция; Красное Село, CCCP, и др.) вначале с естественно устойчивыми сводами, а затем сохраняемыми с помощью крепи или целиков. К 17-18 вв. сети горных выработок начинают складываться в чёткие пространственные системы со своими функциональными звеньями (вскрытия, подготовки, выемки), взаимосвязанные с технологическими процессами выемки, транспорта, проветривания и водоотлива, близкими к современной шахте. К концу 18 — началу 19 вв. глубины шахт в Европе в среднем достигают 400 (Фрайбергские рудники, Германия) — 600 м (рудники Гарца, Германия), максимально 1000 м (каменноугольные копи Камберленда, Великобритания), в России — около 200 м (Змеиногорский рудник).

Несмотря на интенсивное развитие с начала 20 века разработки залежей карьерами, шахты в конце 80-х гг. обеспечивают добычу около 80% каменных и 10% бурых углей, около 30% руд металлов и 15% нерудных полезных ископаемых. Масштабы добычи на отдельных шахтах достигают десятков млн. т в год (табл.).

Глубины угольных шахт уходят к отметкам 1,3-1,5 км, рудных — до 4 км (см. Глубокая шахта). Суммарные объёмы подземных выработок шахт достигают десятков тысяч м3, длина — десятков километров, в шахтах подаётся от нескольких сотен до нескольких тысяч м3 воздуха в минуту. На шахтах занято до нескольких тысяч человек.

Каждая шахта (горное предприятие) имеет земельный и горный отводы, вскрытые и подготовленные к выемке кондиционные запасы, обеспечивающие нормальное развитие горных работ.

Современная шахта представляет собой взаимосвязанную производственную систему подземного хозяйства и технологического комплекса поверхности шахты (рис.).

Наряду с сетью подземных горных выработок и комплексом зданий (помещений), сооружений и устройств на поверхности, составными элементами шахт служат: устройства, оборудование, а также средства механизации и автоматизации производственных процессов; оборудование и устройства энергоснабжения; средства и устройства, обеспечивающие безопасную и комфортную работу; средства связи и управления; сооружения и средства, обеспечивающие охрану окружающей среды.

Характер ведения горных работ на шахте связан с видом и условиями залегания полезных ископаемых, которые предопределяют средства и способы добычи, организацию работ, режим работы горного предприятия. В единой структуре шахт можно выделить взаимосвязанные в пространстве и во времени зоны ведения очистных работ, работ по воспроизводству фронта очистной выемки (см. Горно-подготовительные работы), работ, связанных с шахтным транспортом, вентиляцией шахты, дегазацией, водоотливом, энергообеспечением (см. Электроснабжение горных предприятий) и др. Деятельность шахт в условиях разработки залежей, опасных по газу, внезапным выбросам и суфлярным выделениям, при выделении в шахтную атмосферу взрывоопасных или токсичных газов предопределяет особый режим работы подземного предприятия (см. Газовый режим).

Современная шахта — предприятие, добыча полезных ископаемых на которых, как правило, ведётся на принципах комплексной механизации и автоматизации. Подавляющее большинство лав угольных и сланцевых шахт оборудовано высокопроизводительными механизированными комплексами очистными. Очистные забои рудных шахт, выемка полезных ископаемых в которых осуществляется в процессе буровзрывных работ, оснащены самоходными буровыми, погрузочными, погрузочно-доставочными и другими машинами и оборудованием. Подготовительно-нарезные работы и горнопроходческие работы характеризуются широким развитием комбайновой технологии на угольных шахтах, а также применением на рудных шахтах различных видов самоходного безрельсового оборудования, самоходных полков и др. Все эти и другие основные и вспомогательные работы и производственные процессы, средства механизации и автоматизации, которыми они обеспечиваются, а также горные выработки, где они осуществляются, на современных шахтах взаимоувязаны в технологических схемах горнодобывающего предприятия. Наряду с шахтами, использующими традиционные технологии, на современном этапе организовано горнодобывающее производство на гидрошахтах, а также на шахтах, действующих на нефтяных месторождениях (см. Шахтная разработка нефтяных месторождений).

Срок существования шахт устанавливается технико-экономическим расчётом, который зависит от обеспеченности соответствующими запасами полезных ископаемых, вида добываемого сырья, производственной мощности предприятия и других факторов. Обычно этот срок составляет 15-40 лет. Минимальные сроки существования шахт 15-20 лет. Иногда золоторудные шахты, а при небольшой мощности также другие предприятия, эксплуатирующие богатые месторождения некоторых металлов, ценных видов неметаллического сырья, действуют 5-10 лет. Максимальные сроки 100 лет и более (в редких случаях), но обычно 40-50 лет у крупных угольных (сланцевых), а также рудных шахтах. При значительных запасах полезных ископаемых, определяющих длительную службу шахт, на предприятии производится реконструкция или техническое перевооружение. В случае изменения горно-геологических, гидрогеологических или технико-экономических условий разработки месторождения может производиться консервация шахт, а после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспектив их прироста — ликвидация шахт (порядок и условия их проведения регламентируются специальной инструкцией).

Облик шахт, организация и характер проводимых в них работ в перспективе будут складываться в первую очередь под влиянием факторов, связанных с переходом на всё более глубокие горизонты, определяться всё возрастающими требованиями к охране окружающей среды. См. также Подземная разработка месторождений.