горные породы и элементы их залегания

Технология и оборудование
горного производства
Лекция 1
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПОЛЕЗНОМ
ИСКОПАЕМОМ И ШАХТЕ.
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Общие сведения
Уголь является высококалорийным топливом и сырьем
для производства более чем 400 различных продуктов –
смолы, краски, взрывчатые вещества, мыла, пластмассы
и т.д.
Мировой годовой объем добычи каменного, бурого угля и
лигнита составляет более 4 млрд. тонн.
Большая часть этой добычи приходиться на десяток
основных угледобывающих стран (объем добычи более
100 млн. тонн в год):
КНР, США, Россия, Германия, Польша, Украина, ЮАР,
Великобритания, Чехословакия, Индия, Австралия.
Общие сведения
Общие запасы угля в мире около 14,5 триллионов
тонн, значительно больше запасов всех остальных
энергоносителей вместе взятых.
Из них на долю стран СНГ приходится более 8,5
триллионов тонн.
Общие сведения
Донецкий угольных бассейн
Открыт
в
1721
году
Григорием
Капустиным.
Промышленная разработка началась в 1723 году в районе
Бахмута /Артемовск/. Площадь бассейна – 60 тыс. кв. км.
Запасы около 140 млрд. тонн.
Горные работы ведутся на глубине 400-800 метров,
отдельные шахты перешагнули 1000 м.
Мощность разрабатываемых пластов от 0,6 до 1,2
метров, в отдельных случаях до 2,5 м.
Годовая добыча угля – 205 млн. тонн
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Минерал – природное химическое соединение различных
элементов, образовавшееся в результате естественных
физико-химических процессов.
Минералы слагают горные породы, которые могут
состоять из одного или нескольких минералов.
Горные породы делятся на:
• полезные ископаемые
и
• пустые породы.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Полезное ископаемое – природные минеральные
вещества, которые при современном уровне техники
могут быть с достаточным экономическим эффектом
использованы в народном хозяйстве в естественном виде
или после переработки.
Пустые породы – либо окружают полезное ископаемое
(боковые породы), либо содержатся внутри его.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Скопление полезного ископаемого
называется месторождением.
в
земной
коре
Сосредоточение несколько аналогичных месторождений
в одном географическом районе называется бассейном.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Полезные ископаемые могут залегать в виде:
Пласт – залегание осадочных горных пород в
виде плиты, ограниченной более или менее
параллельными плоскостями. Толщина
(мощность) пласта на порядки меньше его
размеров в плане. В пластах залегают угли,
сланцы, известняки, соли.
Залежь – скопление полезного ископаемого в
земной коре, отчётливо отличающееся от
окружающих пород. Обычно образуются при
застывании магмы. В залежах залегают руды
металлов.
Жила – трещина в земной коре, заполненная
минеральным веществом. В жилах залегают
руды драгоценных металлов.
ОБРАЗОВАНИЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Способы добычи полезных ископаемых
2
3
4
1
1 - вскрытие месторождения шахтным стволом; 2 - вскрытие
месторождения штольней; 3 - вскрытие месторождения наклонной
выработкой; 4 - карьер (разработка открытым способом)
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Пустые породы, окружающие полезное ископаемое,
называется боковыми или вмещающими.
Сверху – кровля или висячий бок, снизу – почва или
лежачий бок.
Пустые породы, находящиеся внутри
ископаемого называется прослойками.
полезного
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Элементы залегания пласта в пространстве
• линия простирания – линия пересечения пласта с
горизонтальной плоскостью.
• азимут простирания – угол между линией простирания
и направлением нулевого меридиана.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Элементы залегания пласта в пространстве
•линия падения – линия пересечения пласта с
вертикальной плоскостью
• угол падения – угол, образованный линией падения и
горизонтальной плоскостью.
•мощность – расстояние между кровлей и подошвой
пласта по нормали.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Угольные пласты бывают простого и сложного
строения.
Пласт простого строения состоит только из полезного
ископаемого.
В пласте сложного строения уголь разделяется на
отдельные слои прослойками породы. Слой угля,
находящийся между двумя прослойками породы,
называют пачкой.
У пластов сложного строения различают мощность
полную (суммарная мощность прослойков и пачек
пласта), полезную (суммарная мощность пачек) и
вынимаемую (суммарная мощность пачек и прослойков
угольного пласта, извлекаемых при добыче).
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Основные горно-геологические характеристики
залегания угольных пластов
Угольные пласты делятся:
а) по мощности:
весьма тонкие – 0,0…0,7 м.
тонкие – 0,71…1,3 м.
средней мощности –1,31…3,5 м.
мощные – свыше 3,5 м.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Основные горно-геологические характеристики
залегания угольных пластов
Угольные пласты делятся:
б) по углу падения:
пологие 0° … 18°
наклонные 18 … 35
круто наклонные 35° … 55°
крутые свыше 55°
ГАЗОНОСНОСТЬ ПЛАСТОВ
Большинство угольных пластов и пропластков, а в ряде
случаев и вмещающие породы, содержат метан.
Различают следующие формы его выделения в шахтную
атмосферу:
обыкновенное – непрерывное медленное выделение газа
из трещин и пор в угле и породе по всей обнаженной
поверхности;
суфлярное – бурное выделение газа из трещин, шпуров
или скважин, происходящее иногда продолжительное
время при значительном дебите;
внезапное – местное интенсивное выделение больших
количеств газа в течение короткого промежутка времени,
сопровождающееся разрушением угольного пласта или
пород и в особых условиях способное вызвать выброс
угля.
ГАЗОНОСНОСТЬ ПЛАСТОВ
В Украине Правилами безопасности в угольных шахтах
(ПБ) к шахтам, опасным по газу, относятся такие, хотя бы в
одной выработке которых обнаружен метан.
Разделение шахт по метанообильности в Украине
Категория шахт по Относительная метанообильность шахты,
метану
м3/т
I
До 5
II
От 5 до 10
III
От 10 до 15
Сверхкатегорные
15 и более: суфлярные выделения
Опасные по
внезапным выбросам
Шахты, разбатывающие пласты, опасные
или угрожаемые по внезапным выбросам
угля и газа: шахты с выбросами породы
ОБВОДНЕННОСТЬ ПЛАСТОВ
Обводненность месторождений обусловливает значительные
затруднения при их разработке.
Они вызваны тем, что сильно обводненные породы менее
устойчивы,
допускают
меньшие
обнажения,
приобретают
склонность к пучению.
Особую опасность для ведения подземных горных работ
представляют плывуны и карсты, заполненные водой или
имеющие связь с водоемами.
Разделение шахт по степени водообильности
Группа
Коэффициент водообильности
шахты, м3/т
I (слабая водообильность)
До 2
II (средняя водообильность)
От 2 до 5
III (сильная водообильность)
Более 5
ТИПЫ УГЛЕЙ
Бурые – содержат 60-75% углерода, много влаги и золы.
Малой прочности. Теплотворная способность 5000-7200
ккал/кг. При хранении на воздухе быстро выветриваются.
В основном используются как энергетическое топливо и в
химической промышленности.
ТИПЫ УГЛЕЙ
Каменные – содержат 75-87% углерода. Теплотворная
способность 7500-9000 ккал/кг. Крепкие, чёрного цвета.
Наиболее ценными являются коксующие угли. При
коксовании выделяется смолы и газы, из которых
изготавливают более 300 различных веществ.
ТИПЫ УГЛЕЙ
Антрациты - содержат 87-98 % углерода. Цвет –
бархатисто-черный. Очень крепкие, горят почти без
пламени и дыма, не спекаются.
ШАХТА – это горное предприятие, осуществляющее
добычу П.И. (преимущественно угля) подземным способом
и отгрузку его непосредственно потребителям или на
центральную обогатительную фабрику.
Шахта состоит из поверхностных сооружений и сети
подземных горных выработок, предназначенных для
разработки месторождения в пределах шахтного поля.
ШАХТНОЕ ПОЛЕ – месторождение или его часть,
отведенная
отдельной
шахте
для
разработки.
Наивыгоднейшая форма Ш.П. – прямоугольная.
Основные параметры шахты
ЗАПАСЫ ШАХТНОГО ПОЛЯ
Геологические запасы – все запасы п.и. в пределах поля,
независимо от их качества и горно-геологических условий
залегания.
Геологические запасы делятся на:
балансовые – использование которых экономически
целесообразно при существующей технике и технологии
добычи и переработки сырья с соблюдением требований
по рациональному использованию недр и охране
окружающей среды;
забалансовые, использование которых в настоящее
время нецелесообразно или технически и технологически
невозможно, но которые могут быть в дальнейшем
переведены в балансовые.
Основные параметры шахты
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ МОЩНОСТЬ
Производственная мощность – максимально возможная
добыча п.и. установленного качества в единицу времени
(сутки, год).
Различают:
проектную – определенную в проекте добычу п.и.,
плановую – добычу, запланированную шахте на
определенный период времени,
фактическую производственные мощности.
ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Горные
выработки
искусственные
полости,
образующиеся в полезном ископаемом или в окружающих
породах в результате выемки полезных ископаемых или
пород.
Горные выработки, проведенные в недрах земли,
независимо от того, имеют они выход на дневную
поверхность или нет, называются подземными.
ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
По своему пространственному положению подземные
горные выработки разделяют на горизонтальные,
вертикальные и наклонные.
В зависимости от расположения выработки по отношению
к залежи полезного ископаемого различают горные
выработки, проводимые по породам, полезному
ископаемому, полезному ископаемому и породам.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Шахтным стволом 1, 2 называют вертикальную горную выработку,
которая имеет непосредственный выход на поверхность и
предназначена для обслуживания подземных работ.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Шурфом 15 называют вертикальную (реже наклонную) неглубокую
горную выработку, которая имеет непосредственный выход па земную
поверхность и служит для геологоразведочных или эксплуатационных
работ.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Гезенком 4 называют вертикальную горную выработку, которая не
имеет непосредственного выхода на поверхность и служит для спуска
угля с верхнего горизонта на нижний под действием собственного
веса, передвижения людей, проветривания и пр.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Штрек 3 – протяженная горизонтальная выработка, которая не имеет
непосредственного выхода на поверхность и проведена по
простиранию месторождения при пологом, наклонном и крутом его
залегании и в любом направлении при горизонтальном залегании.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Просек 14 – вспомогательная выработка, которая не имеет
непосредственного выхода на поверхность и проводится по пласту
полезного ископаемого в направлении его простирания.
Обычно он располагается параллельно штреку и служит для
вентиляции,
транспортирования
полезного
ископаемого,
оконтуривания целиков и других целей.
НАКЛОННЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Бремсбергом 11 называют наклонную выработку, не имеющую
непосредственного выхода на земную поверхность и служащую для
спуска полезного ископаемого с помощью механических транспортных
средств.
НАКЛОННЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Уклон 5 – наклонная выработка, не имеющая непосредственного
выхода на поверхность и служащая для подъема полезного
ископаемого с помощью механических транспортных средств.