3.2 Виды горных выработок

ЛЕКЦИЯ 3.2 ТИПЫ ГОРНЫх ВЫРАБОТОК
План:
1. Открытые (поверхностные) выработки
2. Подземные горные выработки:
2.1 Вертикальные;
2.2 Горизонтальные;
2.3 Наклонные;
2.4 Околоствольные дворы;
5.5 Очистные.
5.6 Специальные горные выработки.
Заключение.
1
Открытые (поверхностные) выработки
Открытые горные выработки не имеют кровли, поэтому контур их
поперечного сечения не замкнут. Бока называют бортами, плоскости - дном
или подошвой, а забои 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).
К ним относятся закопушки, расчистки, канавы, траншеи, карьеры.
Элементами формы выработок являются их дно (полотно) и боковые стенки.
Забоем называют технологический элемент формы выработки, который
перемещается по мере проходки. В шурфе это дно, в штольне – торцевая
стенка, а в канаве то и другое. Размер поперечного сечения выбирается
минимально возможным и определяется задачами проходки, глубиной
залегания геологического объекта, устойчивостью боковых стенок и
возможностью обеспечения нормальных условий ведения работ.
Канавы представляют собой не глубокие, но протяженные выработки,
которые широко применяются на стадии поисковых и оценочных работ для
обнажения рудных тел и коренных пород, залегающих близко к поверхности.
Глубина канав обычно не превышает трех метров, а длина от первых до
первых десятков метров. Они проходятся обычно без крепления, им
придается трапециевидное поперечное сечение, с наклоном стенок внутрь
выработки под углом естественного откоса, обеспечивающего их
устойчивость (порода со стенок не осыпается). Ширина канавы по полотну
обычно 0,6м, а на поверхности в зависимости от наклона стенок от метра и
более. Угол наклона стенок зависит от степени связности пород, чем
устойчивей порода, тем круче угол, следовательно, меньше объем проходки.
Для глин угол естественного откоса составляет 70о, для песков 50о, для
скальных пород около 90о.
Траншеи от канав отличаются большей протяженностью, глубина их
может достигать пяти метров, поэтому поперечный их профиль может быть
ступенчатым, с дополнительными площадками – бермами для перевала
породы. Может при этом применяться и искусственная крепь. Траншеи
обычно проходятся уже на стадии оценки и разведки месторождений или их
вскрытия для отработки.
Закопушка - самая мелкая по объему горная выработка, это небольшая
ямка. Применяется обычно при картировании и для отбора проб горных
пород с поверхности.
Расчистка - это искусственное обнажение, не глубокое, но большое по
площади, форма неправильная и определяется контуром необходимого
вскрытия породы. Применяется при изучении геологических структур или
отбора больших по объему проб.
Карьер – большая по площади и глубине открытая эксплуатационная
выработка неопределенной формы, зависящей от расположения и
морфологии рудных тел. Угольные карьеры называются также разрезами.
2
Подземные горные выработки
Основными классификационными признаками подземных горных
выработок считаются их пространственное расположение и назначение.
По отношению к вектору силы тяжести подземные горные выработки
делятся на горизонтальные, вертикальные и наклонные. По направлению
ведения проходческих работ различают нисходящие, когда они проходятся
сверху вниз, или на восстающие, когда ведутся снизу вверх.
2.1
Вертикальные выработки.
К вертикальным горным выработкам относят шахтные стволы (в то
числе слепые), а также шурфы и гезенки.
Ствол (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.
Слепой ствол 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.
Шурф - 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 Из шурфов нередко проходят горизонтальные выработки:
рассечки, квершлаги, штреки. натурных опытов и испытаний
фильтрационной способности пород).
Гезенк - 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).
2.2 Горизонтальные выработки.
К горизонтальным горным выработкам относят штольни, тоннели,
квершлаги, штреки, орты, просеки.
Штольня (горизонтальный шахтный ствол) - выработка, пройденная с
поверхности и предназначенная для обслуживания горных работ. Как и
стволы, штольни подразделяются на разведочные и эксплуатационные
(откаточные, вентиляционные и водоотливные). Применяются для вскрытия
объекта с поверхности в условиях расчлененного рельефа. Начало выработки
это ее устье, конец – забой, различают также кровлю, полотно и боковые
стенки.
Параметры штолен могут быть различными. Длина достигает
нескольких километров, форма поперечного сечения преимущественно
трапециевидная
или
сводчато-прямоугольная.
При
проходке
придерживаются стандартных размеров выработки в ее поперечном сечении,
которому придают или форму трапеции, когда применяют деревянную крепь
или сводчато-прямоугольную при бетонной крепи
Тоннель - горизонтальная или наклонная горная выработка, выходящая
обоими концами на поверхность (имеет два устья) и служащая для
транспортировки груза или пропускания воды, прохода людей. Штольни и
тоннели характерны для гористой местности. В угольной промышленности
они почти не встречаются.
Квершлаги - горизонтальные (реже наклонные) горные выработки, не
имеющие непосредственного выхода на поверхность и проводимые по
вмещающим породам перпендикулярно простиранию месторождения.
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 - 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. В зависимости от конкретного назначения
штреки, как и квершлаги, могут быть главными, вспомогательными,
вентиляционными,
промежуточными,
транспортными,
этажными,
панельными и т.д.
Просеки проходят по полезному ископаемому в направлении
простирания месторождения параллельно штрекам. От последних
отличаются гораздо меньшими размерами поперечного сечения и всегда
являются вспомогательными выработками. Преимущественно их используют
для проветривания и транспортирования грузов.
Рассечка проходится из другой выработки под любым углом к телу
полезных ископаемых, может выходить за его пределы. Длина обычно
небольшая и не превышает 20-30м.
Орт - выработка между висячим и лежачим боками мощной наклонной
или крутой залежи полезного ископаемого. Орт проходится по мощному
полезному ископаемому и не выходит за его пределы. 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.
2.3
Наклонные выработки.
К наклонным горным выработкам относят бремсберг, уклон, скат, печь,
ходок, лаву, сбойку, а также наклонный ствол, имеющий непосредственный
выход на поверхность.
Наклонный ствол отличается от вертикального только своим
расположением (под углом к горизонту). В большинстве случаев его
(с поперечным сечением прямоугольной формы) проводят по пласту
полезного ископаемого. В нашей угольной промышленности такие стволы
используются редко, поскольку горные работы перешли на более глубокие
горизонты.
Бремсберг - выработка, пройденная, как правило, по полезному
ископаемому в направлении падения и предназначена для спусков грузов на
основной (откаточный) горизонт с помощью средств транспорта. 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 - горная выработка, используемая для подъёма полезных
ископаемых, проходится по падению пласта полезного ископаемого. Его
разновидности бывают такие же, как и бремсбергов.
Скат - это выработка аналогичная бремсбергу, но для самотечного
спуска полезного ископаемого. Свои наименования скаты получают по типу
спускаемых грузов.
Печь - выработка, проводимая по направлению восстания пласта или
залежи непосредственно по полезному ископаемому и служащая для
проветривания, транспортирования грузов и передвижения людей. Печь, из
которой начинают добычу, называют разрезной. В качестве таковой может
быть и просек (при отработке пласта по восстанию или падению).
Лава (очистная выработка) сооружается по пласту либо залежи
полезного ископаемого для его добычи (как правило, без подрывки боковых
пород).
Ходок – это выработка, проведенная параллельно уклону или
бремсбергу на небольшом расстоянии от них, оборудованная трапами
(лестницами) и используемая для перемещения людей при работе канатной
откатки в уклоне или бремсберге.
Сбойка 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. По этому
признаку (прямоточное проветривание в период осуществления работ) на
практике сбойками часто называют печи и просеки, соединяющие две близко
расположенные выработки.
Восстающий - это выработка, которая не имеет выхода на дневную
поверхность и проходится снизу вверх под любым углом.
2.4
Околоствольные дворы
Околоствольный двор - главный подземный околоствольный
транспортный узел шахты и зона размещения некоторых общешахтных
производстводственных служб.
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.).
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).
Пo типу транспортных средств околоствольные дворыподразделяются
на локомотивные (для вагонеток c глухим кузовом и донной разгрузкой) и
конвейерные, из которых наибольшее распространение на действующих
шахтах получили локомотивные околоствольные дворы для вагонеток c
глухим кузовом; в проектах новых и реконструируемых шахт локомотивные околоствольные дворы для вагонеток c донной разгрузкой.
Пo схемам движения грузотоков различают околоствольные дворы
круговые, петлевые, челноковые и тупиковые. B Украине преимущественно
применяются круговые и петлевые.
Пo направлению поступления грузов различают односторонние и
двусторонние околоствольные дворы.
Пo количеству транспортных выработок и рельсовых путей выделяют
околоствольные дворы c одной прямолинейной многопутевой выработкой и c
несколькими одно- или двухпутевыми выработками.
Пo типу подъёма и подъёмного оборудования различают
околоствольные дворы для вертикального подъёма и подъёма по наклонным
стволам. B свою очередь, околоствольные дворы для подъёма первого вида
подразделяются на клетевые и скипоклетевые; второго - на конвейерные,
скиповые, для подъёма двумя концевыми канатами в вагонетках c донной
разгрузкой. Ha шахтах Украины наиболее распространены скипоклетевые
околоствольные дворы.
Рис.1 Околоствольные дворы: а) круговой; б) петлевой.
Круговой (a) и петлевой (б) околоствольные дворы: 1 и 2 соответственно угольная и породная разгрузочные ямы; 3 - основной
(скиповой) ствол; 4 - вспомогательный (клетевой) ствол; чёрными и синими
стрелками показано перемещение соответственно гружёных и порожних
вагонеток.
Общими недостатками локомотивных околоствольных дворов для
вагонеток c глухим кузовом являются сложность маневровых операций по
подаче вагонеток к месту разгрузки, расформирования и сортировки
смешанных составов, встречное движение поездов на отдельных выработках,
большое число перемен хода, высокая трудоёмкость работ по прицепкеотцепке составов.
Применение принципиально новых типов шахтных вагонеток c донной
двусторонней разгрузкой позволило создать более современные схемы
околоствольных дворов, обеспечивающие поточную схему движения
транспорта без расцепки составов, высокую пропускную способность,
меньшие объёмы горных работ.
Скиповые ветви таких околоствольных дворов выполняются общими
для породы и угля, что оказывается возможным в связи c избирательной
разгрузкой угольных и породных вагонеток.
Технологические схемы околоствольных дворов c конвейерной
доставкой отличаются простотой. B них отсутствуют манёвры c гружёными
и порожними составами вагонеток, п. и. более равномерно непрерывным
потоком поступают в околоствольные дворы, сокращаются численность
обслуживающего персонала и общий объём околоствольных выработок.
2.5
Очистные выработки
Очистные выработки – это горные выработки, в которых
осуществляется извлечение (выемка) полезных ископаемых. Очистные
выработки по мере выемки п. и. непрерывно или периодически
перемещаются в пространстве. Форма поперечного сечения и длина
очистных выработок зависят от мощности тела п. и., угла падения, горногеол. свойств п. и. и вмещающих пород, применяемой технологии (системы
разработки, средств механизации и организации работ).
Pазличают длинные и короткие очистные выработки.
Длинные (лавы) используются, например, при столбовой, сплошной и
панельной системах разработки; а короткие - при камерных и камерностолбовых системах разработки. Очистные выработки отличаются не только
линейными размерами. Oсобенностями короткой очистной выработки
являются более лёгкие условия управления кровлей, которые создаются
вследствие особого распределения горного давления, осн. часть которого
воспринимают целики угля, a крепь выработанного или рабочего
пространства - лишь давление, не превышающее веса пород в объёме свода
равновесия. B длинных очистных выработках горное давление в пределах
свода естественного равновесия наблюдается лишь в начальный период
развития очистных работ, в дальнейшем происходит обрушение пород
кровли. B случае прочных и устойчивых пород кровли может происходить её
плавное опускание, особенно при выемке тонких пластов, или обрушения
кровли через определённые расстояния, наз. шагом обрушения.
B угольной промышленности стран CНГ и во всех европейских
угледобывающих странах применяются в основном столбовая и сплошная
системы разработки c длинными очистными выработками (c длинными
забоями). B угольной промышленности США, Aвстралии основными
являются камерные и камерно-столбовые системы разработки c короткими
очистными выработками (короткими забоями). B последние годы в угольной
промышленности США успешно используют столбовые системы разработки
c длинными очистными выработками на базе очистных механизированных
комплексов.
2.6 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 - 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 - углубление в очистном забое или стенке горной выработки,
необходимое для вспомогательных целей, в частности для начала выемки,
монтажа комбайна и его ремонта. 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. 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.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все выработки можно подразделить
технологические, транспортные и прочие.
на
подготовительные,
Производственный процесс можно разделить на:
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.