МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механический факультет
Кафедра «Металлорежущие станки
и инструменты»
РЕФЕРАТ
по дисциплине
«Система технологий»
на тему:
«Классификация горных выработок.
Элементы горных выработок.
Виды подземных горных выработок»
Исполнитель, студент гр. ЭПМ – 03з___________________А.В. Дзисяк
(подпись) (дата)
Проверил, доц._________________В.В. Полтавец
(подпись) (дата)
Донецк 2004 г.
РЕФЕРАТ
Реферат содержит 17 страниц, 5 рисунков.
Объект исследования – горные выработки.
Цель работы – ознакомиться с разновидностью горных выработок, их классификацией и назначением.
В работе рассмотрены классификация, элементы горных выработок, виды подземных горных выработок.
Показаны назначения различного рода выработок.
КРОВЛЯ, ЗАБОЙ, ПОЧВА, УСТЬЕ, ЛАВА, ШТРЕК, СТВОЛ, ШУРФ, ГЕЗЕНК, ШТОЛЬНЯ, ТОННЕЛЬ, КВЕРШЛАГ, ОРТ, БРЕМСБЕРГ. СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………. 4
1 КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК……………………...…5
1.1 Классификация горных выработок по назначению………………….....5
1.2 Классификация горных выработок по времени функционирования….5
1.3 Классификация горных выработок по расположению………………...5
1.4 Классификация горных выработок по размеру………………................5
1.5 Классификация горных выработок по форме…...……………………....6
1.6 Классификация горных выработок по принципам работы…………….6
2 ЭЛЕМЕНТЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК………………………………….7
2.1 Подземная обслуживающая горная выработка…………………………7
2.2 Открытые горные выработки…………………………………………...10
3 ВИДЫ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК…………………...…11
3.1 Вертикальные горные выработки………………………………………11
3.2 Горизонтальные горные выработки……………………………………11
3.3 Наклонные горные выработки………………………………………….12
3.4 Специальные горные выработки……………………………………….13
3.5 Околоствольный двор…………………………………………………...14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.…………………………………………………………16
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК......……………………………………………….17
ВВЕДЕНИЕ
Геологическая разведка и определение балансовых запасов позволяют обосновать технологию и составить проект разработки месторождения полезного ископаемого. Вначале - 1 этап - это месторождение делят на рациональные участки, которые можно отрабатывать отдельными предприятиями. Такие участки называют шахтными полями.
На 2-м этапе проектирования обосновывают эффективные схемы вскрытия и подготовки шахтных полей к очистным работам (добыче угля) путем сложных расчетов (обычно по нескольким вариантам).
Вскрытие шахтного поля – это проведение горных выработок, открывающих доступ с поверхности земли к угольным пластам или участку месторождения. По ним, выработкам, в период эксплуатации транспортируют и выдают на-гора полезное ископаемое, доставляют оборудование и материалы, подают воздух и перемещают людей.
Срок службы вскрывающих выработок соизмерим со сроком существования шахты. Их относят к капитальным, включая в основные фонды предприятия.
Подготовка шахтного поля – это проведение после вскрытия горных выработок, завершающееся созданием очистных забоев в количестве, достаточном для достижения проектной мощности шахты.
В отличие от разломов, каньонов, ущелий, пещер, карстовых воронок, образовавшихся вследствие действия естественных факторов, горные выработки представляют собой искусственные полости (пустоты) в земной коре, созданные в основном путем извлечения полезного ископаемого или породы. Поскольку они возникли в результате целесообразной деятельности человека, то их следует относить к потребительным стоимостям – средствам производства или предметам потребления.
Так, средствами труда являются стволы, штреки, бремсберги, а предметами потребления – подземные переходы, погреба, землянки и др. однако не все горные выработки – чистые средства производства (их пассивная часть): очистные, например, забой которых служит не чем иным, как главным предметом труда горнодобывающей промышленности, необходимо выделить в особый класс, а остальные можно назвать обслуживающими.
Правильное понимание горной технологии немыслимо без предварительной характеристики её средств и предметов труда.
КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Существенными классификационными признаками средств труда, к которым относится горная выработка, могут быть её назначение, срок службы (время функционирования), пространственное расположение, размеры, форма и принцип работы.
Классификация горных выработок по назначению
По назначению различают разведочные и эксплуатационные выработки (вскрывающие, подготовительные, очистные и специальные). Однако более правильное – деление их на классы (очистные и обслуживающие выработки), группы, подгруппы и виды. Так, обслуживающие состоят из трех групп (вскрывающие, подготовительные и специальные), вскрывающие из двух подгрупп (главные и вспомогательные), а вспомогательные - из многих видов (вентиляционные, людские, породные и т.д.).
Классификация горных выработок по времени функционирования
По времени функционирования обслуживающие горные выработки можно классифицировать на долговременные или капитальные (действуют более десяти лет), кратковременные или участковые (срок службы до десяти лет) и временные (функционируют до года). К первым относятся все вскрывающие, ко вторым – большая часть подготовительных, к третьим – косовичники, печи и аналогичные выработки (очистные согласно рассмотренному признаку классифицировать нельзя, так как они постоянно обновляются, перемещаясь по месторождению полезного ископаемого).
По расположению
Расположение горных выработок играет важную роль в конструировании схем вскрытия и подготовки шахтного поля, выборе способов разработки и проветривания, решении других производственных задач; он всегда привязывается к определенному ориентиру, в качестве которого могут быть:
- земная поверхность (тогда по отношению к ней отличают открытые и подземные выработки);
- горизонтальная плоскость (соответственно вертикальные, наклонные и горизонтальные выработки);
- центр шахтного поля (центральные, фланговые, северные, южные, восстающие, диагональные и другие выработки);
- месторождение полезного ископаемого (пластовые выработки, если они проходят по этому месторождению, или полевые, когда минуют его).
Ориентиром могут служить и соседние горные выработки, относительно к которым различают опережающие, отстающие, параллельные, верхние, нижние и т.д.
По размеру
Общепринятой классификации выработок по размерам не существует. Обслуживающие, как правило, имеют значительную протяженность при сравнительно малом поперечном сечении; очистные условно делятся на длинные (лавы от 50 до 500 м), на выработки умеренной длины (полосы от 10 до 50 м) и короткие (камеры, заходки, уступы до 10 м)1
.
По форме
Строгой классификации обслуживающих горных выработок по внешней конфигурации также нет. Из всего многообразия их форм можно выделить два класса: с вытянутой простой трассой и криволинейной сложной (спиральной, закругленной, эллиптической). Последние встречаются реже в угольной промышленности.
Существует общепринятая классификация выработок по формам поперечного сечения, т.е. расположенного перпендикулярно трассе. Они бывают прямоугольные, квадратные, круглые, овальные, трапециевидные, полигональные, сводчатые и др.
Внешний вид очистных выработок определяется формой их забоя: плоской прямолинейной, ступенчатой, криволинейной. Форма поперечного сечения здесь чаще прямоугольная.
По принципам работы
Сам по себе принцип работы для горных выработок не характерен. А вот способы их поддержания и охраны (в основном креплением) играют исключительно важную роль. Это довольно сложная и многогранная задача, требующая специального рассмотрения.
ЭЛЕМЕНТЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Подземная обслуживающая горная выработка
Подземная обслуживающая горная выработка (рис 1) имеет следующие элементы: кровлю 1, забои 2,4,5, бока 3,7, почву 6, устье 8.2
рис. 1 Подземная горная выработка
Устье выработки – место примыкания её к земной поверхности или другой выработке гораздо большего поперечного сечения.
Забой – поверхность горных пород или полезного ископаемого, на которую воздействуют орудиями труда с целью направленной выемки (отбойки), в результате чего он перемещается, а выработка удлиняется. Это основной процесс при подземной добыче угля.
Форма забоя зависит от размеров выработки, горно-геологических условий, физико-механических свойств пересекаемых пород, применяемых орудий труда и конкретных задач. Чаще он плоский, но может быть ступенчатым, уступным и т.д. Если осуществляется раздельная (селективная) выемка угля и породы, то забои приобретают уступную конфигурацию: на рис. 1 – плоский опережающий угольный забой 4 и два отстающих уступных породных 2, 5 (по кровле и почве пласта). Если же вести совместную выемку угля и породы, то забои будут иметь плоскую форму по всему сечению выработки. Встречаются и более сложные их конструкции.
Когда выработка достигнет своей проектной длины, её забой закрепляют (консервируют), и он прекращает своё существование, преобразуясь в торец (стенку).
Забой и устье, следовательно, не могут быть постоянными элементами обслуживающих горных выработок.
Сопряжения – характерный элемент всех выработок, за исключением тех, которые имеют малый размер поперечного сечения (шпуры, скважины и др.).
Постоянными элементами обслуживающих горизонтальных и наклонных горных выработок являются бока (стенки – у вертикальных), почва и кровля, а действующих очистных – забой, рабочее и выработанное пространство, почва кровля и сопряжения. Бока имеют короткие очистные выработки и полосы (реже).
На устройстве элементов лав остановимся подробнее (рис. 2). Лава 8 подготовлена двумя горизонтальными выработками 13 и 15 для подачи соответственно свежей и отвода отработанной струи воздуха (насыщенной газами, влагой и другими примесями). Фронт 9 перемещается по простиранию пласта в направлении двойной стрелки. С противоположной стороны остается выработанное пространство 1, которое постепенно заполняется породами 20 кровли, обрушающимися под действием сил горного давления Q. Рабочее пространство поддерживается крепью 22 и 23.
Как видим, лава имеет два сопряжения (7, 10), почву 19, кровлю 18, забой 11 и выработанное пространство 1. боков нет. В качестве таковых условно принимают: в одном случае – фронт 9 и обрушившиеся породы 20, в другом – сопряжения 7 и 10, которые именуются здесь бортами – левым и правым либо верхним и нижним (разрез А – А). Эти два случая различают в зависимости от применяемых орудий труда по способу извлечения угля и направлению продвигания забоя. Первый из них характерен для работы добычных комбайнов, вынимающих полезное ископаемое не по всему фронту сразу, а заходками шириной (глубиной) 0,5 м и более, которая обуславливает длину забоя 11, перемещающегося вдоль лавы по восстанию пласта.
Именно направление выемки определяет (ориентирует) элементы лавы. Тогда её правым боком можно принять фронт 9, а левым крепь 22 либо обрушившиеся породы 20. перемещение же работ происходит по простиранию пласта скачкообразно (циклично) на шаг, равный ширине захвата комбайна.
Таким образом, фронт лавы, её бока и борта не являются постоянными элементами, а определяются конкретными условиями разработки и, прежде всего, применяемыми орудиями труда.
Правильный выбор способа и направления выемки полезного ископаемого, базирующийся на детальной геологической разведке месторождения, во многом предрешает экономические показатели деятельности горных предприятий. Это задача – важнейшая функция органов управления угольной промышленности.
Но вернёмся к нашему примеру. По мере выемки угля передвигают крепь 23 и 22, а следовательно, перемещается вся лава. Позади остается выработанное пространство 1, в которое попадает часть подготовительных выработок 6 и 13. из них заблаговременно извлекают всё ценное и необходимое для повторного использования (оборудование транспортные сооружения и устройства, средства связи, энергоснабжения и т.д.). Участки 2 погашают и тщательно изолируют, чтобы там случайно не оказались люди и не проник туда воздух. Требования правил безопасности в данном случае должны соблюдаться неукоснительно.
рис. 2 Основные элементы лавы:
1, 4 – выработанные пространства лавы и верхнего яруса, 2 – погашенный участок вентиляционного штрека, 3 – погашенный целик, 5, 14 – охранные целики вентиляционного и откаточ
рис. 3 Открытая горная выработка
Открытые горные выработки
Открытые горные выработки не имеют кровли (см. рис. 3),поэтому контур их поперечного сечения не замкнут. Плоскости 7 и 8 называют дном или подошвой, бока – бортами 1 и 4, а забои 3 и 6 после окончания проходки – торцом. Формы поперечных сечений указанных выработок однообразны: чаще встречаются трапециевидные, реже – прямоугольные. Борта обычно располагают к горизонту под углом $ = 30 – 60о
(углом откоса борта).
ВИДЫ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Основными классификационными признаками подземных горных выработок считаются их пространственное расположение и назначение.
Вертикальные горные выработки
К вертикальным горным выработкам относят шахтные стволы (в то числе слепые), а также шурфы и гезенки (рис. 4).
Ствол 1 (эксплуатационный) имеет непосредственный выход на поверхность и обслуживает подземные работы в пределах шахтного поля или отдельной его части (блока, крыла). Такой ствол проходят на большую глубину (до 1000 м и свыше), чаще – круглого поперечного сечения диаметром от 3 – 5 м до 10 – 12 м (иногда и более); в его основании устраивают зумпф 13 для сбора воды или загрузки подъёмных сосудов.3
Эксплуатационные шахтные стволы бывают главные и вспомогательные. Первые служат для подъёма полезного ископаемого на поверхность, вторые подразделяются на вентиляционные (для проветривания), водоотливные (для откачки воды из шахты), закладочные (для спуска соответствующих материалов) и др.
Главные стволы нередко выполняют одновременно несколько функций и различаются по основному назначению. Иногда их именуют по виду подъёмных сосудов – скиповые, клетевые или скипо-клетевые. Если ствол предназначен для выяснения структуры горных пород, то его называют разведочным. Обычно он имеет небольшое поперечное сечение прямоугольной формы.
Ствол 16 (слепой) отличается от предыдущего тем, что не обладает непосредственным выходом на поверхность, а используется в большинстве случаев для подъёма полезного ископаемого с нижних рабочих горизонтов на верхние. У него, как правило, меньше глубина и размеры поперечного сечения.4
Шурф 20 – вертикальная (реже крутая) неглубокая горная выработка прямоугольного или квадратного сечения, проходимая непосредственно с поверхности. По назначению различают шурфы эксплуатационные (для вентиляции шахт, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъёма людей), разведочные (для изучения условий залегания, строения и физико-механических характеристик горных пород), экспериментальные (для проведения натурных опытов и испытаний фильтрационной способности пород).5
Гезенк 18 – вертикальная или крутонаклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и служащая для спуска полезного ископаемого под действие собственного веса (гравитационных сил) или в специальных сосудах (механическим способом).6
Горизонтальные горные выработки
К горизонтальным горным выработкам относят штольни, тоннели, квершлаги, штреки, орты, просеки.
Штольня 3 (горизонтальный шахтный ствол) – выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для обслуживания горных работ.7
Как и стволы, штольни подразделяются на разведочные и эксплуатационные (откаточные, вентиляционные и водоотливные).
Тоннель – горизонтальная или наклонная горная выработка, выходящая обоими концами на поверхность (имеет два устья) и служащая для транспортировки груза или пропускания воды, прохода людей.8
Штольни и тоннели характерны для гористой местности. В угольной промышленности они почти не встречаются.
Квершлаги 8 и 15 – горизонтальные (реже наклонные) горные выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и проводимые по вмещающим породам перпендикулярно простиранию месторождения.9
Предназначены для обслуживания горных работ на основных горизонтах (главные) или вспомогательные (горизонтные), а также на участках (участковые), блоках шахтного поля (блоковые) и т.д.
Штреки 4, 7 (см. рис. 4) и 6, 15 (см. рис. 2) – горизонтальные (с углом наклона до 3о
) выработки, пройденные в направлении простирания месторождения или вмещающих пород: если по полезному ископаемому, то их называют пластовыми, а когда по горному массиву, - полевыми.10
В зависимости от конкретного назначения штреки, как и квершлаги, могут быть главными, вспомогательными, вентиляционными, промежуточными, транспортными, этажными, панельными и т.д.
Просеки 13 (см. рис. 2) и 22 (см. рис. 4) проходят по полезному ископаемому в направлении простирания месторождения параллельно штрекам.11
От последних отличаются гораздо меньшими размерами поперечного сечения и всегда являются вспомогательными выработками. Преимущественно их используют для проветривания и транспортирования грузов.
Орт 5 (см. рис. 4) – выработка между висячим и лежачим боками мощной наклонной или крутой залежи полезного ископаемого.12
Предназначается для перемещения различных грузов (угля, породы, материалов и т.д.), а также проветривания, прохода людей, монтажа оборудования, подготовки выемочного участка и т.д.
Все выработки, пройденные по месторождению (пластовый штрек, просек, орт), не имеют непосредственного выхода на земную поверхность.
Наклонные горные выработки
К наклонным горным выработкам относят бремсберг, уклон, скат, печь, ходок, лаву, сбойку, а также наклонный ствол, имеющий непосредственный выход на поверхность.
Наклонный ствол 2 отличается от вертикального только своим расположением (под углом к горизонту). В большинстве случаев его (с поперечным сечением прямоугольной формы) проводят по пласту полезного ископаемого.13
В нашей угольной промышленности такие стволы используются редко, поскольку горные работы перешли на более глубокие горизонты.
Бремсберг 21 – выработка, пройденная, как правило, по полезному ископаемому в направлении падения и предназначена для спусков грузов на основной (откаточный) горизонт.14
Обычно бремсберг оснащен конвейерной установкой, реже – канатной (в вагонетках или скипах). В зависимости от расположения в шахтном поле он носит конкретные наименования - панельный, этажный промежуточный и т. д. Есть также вспомогательные бремсберги, проведенные параллельно основному и служащие для спуска породы, материалов, оборудования, подачи свежего воздуха.
Уклон 10 – горная выработка, используемая для подъёма полезных ископаемых.15
Его разновидности бывают такие же, как и бремсбергов.
Скат 6 – выработка, предназначенная для спуска различных грузов под действием гравитационных сил.16
Свои наименования скаты получают по типу спускаемых грузов.
Печь 16 (см. рис. 2) – выработка, проводимая по направлению восстания пласта или залежи непосредственно по полезному ископаемому и служащая для проветривания, транспортирования грузов и передвижения людей.17
Печь, из которой начинают добычу, называют разрезной. В качестве таковой может быть и просек (при отработке пласта по восстанию или падению).
Лава 8 (очистная выработка) сооружается по пласту либо залежи полезного ископаемого для его добычи (как правило, без подрывки боковых пород).18
Ходок 23 (см. рис. 4) – горизонтальная или наклонная горная выработка, оборудованная трапами (лестницами) и предназначенная преимущественно для передвижения людей.19
Большей частью его проводят рядом с уклоном и бремсбергом либо из эксплуатационных штреков в очистные камеры.
Сбойка 19 проводится в процессе вскрытия шахтного поля (его части) между двумя главными выработками (стволами или штольнями, шурфами либо слепыми стволами) и служит, в основном, для проветривания.20
По этому признаку (прямоточное проветривание в период осуществления работ) на практике сбойками часто называют печи и просеки, соединяющие две близко расположенные выработки.
Специальные горные выработки
К специальным горным выработкам относят камеры, скважины, шпуры и ниши, которые могут располагаться под любым углом к горизонту, в том числе горизонтально и вертикально.
Камера 11 – выработка незначительной длины при сравнительно больших поперечных сечениях, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для различных целей: размещение оборудования (насосная, лебедочная и трансформаторная камеры, подстанция, гараж), материалов и инвентаря (запасных частей, ВВ – взрывчатых веществ и т.д.), санитарных служб и др.21
Камера используется также в качестве очистной или взрывной выработки.
Ниша 12 (см. рис. 2) – углубление в очистном забое или стенке горной выработки, необходимое для вспомогательных целей, в частности для начала выемки, монтажа комбайна и его ремонта.22
На откаточных горизонтах оборудуются ниши для укрытия людей при движении подземного поезда.
Скважины – выработки (цилиндрической формы, глубиной 5 м и свыше, диаметром более 75 мм), пройденные в горной породе или полезном ископаемом способом бурения.23
По назначению их различают как разведочные, эксплуатационные, вспомогательные, взрывные, водопонизительные и водяные. Эксплуатационные служат для добычи газов, нефти и растворенных минеральных веществ, взрывные – размещения в них заряда ВВ, две последние – для откачки воды; вспомогательные делят на лесоспускные, вентиляционные, породопропускные, дегазационные, замораживающие, тампонажные и т.д.
Шпур – цилиндрическая полость в горной породе или полезном ископаемом, имеющая глубину и диаметр соответственно до 5 м и 75 мм.24
Предназначается в основном для размещения заряда взрывчатого вещества, используется также для установки анкерной крепи, нагнетания растворов и других целей.
Околоствольный двор
Околоствольный двор – совокупность образующих его горных выработок (по назначению и конструкции составляющих особую, специальную группу), которые служат для соединения шахтного ствола (стволов) со всеми остальными выработками, а также размещения важных производственных служб (электроподстанции, гаража, водоотлива и др.).25
Основная функция околоствольного двора – обеспечить бесперебойную работу подъёма и очистных выработок. Это – подземная станция, где осуществляются перевалочные процессы со всеми грузопотоками, и происходит спуск подъём людей.
Околоствольные дворы различают по типу подъёмных сосудов (клетевые и скипо-клетевые), количеству въездов (односторонние и двусторонние), расположению выработок (прямолинейные, круговые и тупиковые), числу рельсовых путей в одной выработке (одно-, двух - и многопутевые), по характеру движения составов (кольцевые, челноковые или смешанные).
В качестве околоствольных выработок (см. рис. 4) чаще всего используют квершлаги 12, камеры 11 и полевые штреки 14.
рис. 4. Виды подземных горных выработок:
1, 2, 16 – стволы (вертикальный, наклонный и слепой), 3 – штольня, 4, 7, 9, 14 – штреки (вентиляционный, откаточный, промежуточный и полевой), 5 – орт, 6 – скат, 8, 12, 15 – квершлаги (восточный, околоствольный и западный), 10 – уклон, 11 – камера, 13 – зумпф, 17, 23 – ходки (камерный и бремсберговый), 18 – гезенк, 19 – сбойка, 20 – шурф, 21 – бремсберг, 22 – просек.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все выработки можно подразделить на подготовительные, технологические, транспортные и прочие. Производственный процесс можно выделить схемой, рис. 5:
рис. 5 – Схема производственного процесса[2]
здесь: З – заготовительные процессы – прохождение всех подготовительных выработок;
Т – технологические процессы по добыванию полезного ископаемого – это процессы разрушения полезного ископаемого или его отделения;
Тр – транспортные процессы – предназначены для транспортировки полезного ископаемого;
Х – процессы, связанные с хранением полезного ископаемого.
Прежде чем приступить к разработке месторождений полезного ископаемого или его части, необходимо провести ряд выработок, открывающих доступ с поверхности земли к месторождению. Такие выработки называются вскрывающими (штольни, стволы).
Применяется большое количество схем вскрытия месторождений полезного ископаемого. Основными факторами, влияющими на выбор схем вскрытия, являются мощность и угол падения пласта (жилы). Выбор схемы вскрытия месторождения осуществляют на основе технико-экологического сравнения нескольких вариантов.
После вскрытия месторождения полезного ископаемого проводят ряд капитальных выработок.
Сооружение угольного предприятия, включая все объекты под землей, на поверхности, а также монтаж оборудования и различных коммуникаций, завершается, как правило, проведением подготовительных и очистных горных выработок. После этого приступают к эксплуатации месторождения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1 Бондаренко А.Д., Паршиков А.М. Технология угольной промышленности. – Киев-Донецк, Вища школа, 1978. -176с.
2 Горобец И.А., Михайлов А.Н. Системы технологий. – Донецк: Технополис, 2003. – 303 с.
3 Основы технологии важнейших отраслей промышленности. Под ред. И.А. Сидорова. Учебник для экономических специальностей вузов. – Москва: Высшая школа, 1971. – 592с.