Горноразведочные выработки

ВВЕДЕНИЕ
Разработка месторождений производится двумя способами: подземным и открытым. Производственное горное предприятие, осуществляющее разработку угольного месторождения подземным способом, называется угольной шахтой. В понятие шахта включают комплекс подземных горных выработок и все относящиеся к ней наземные сооружения. Производственное горное предприятие, осуществляющее разработку рудных месторождения подземным способом, называется рудником.Производственное горное предприятие, осуществляющее разработку угольного месторождения открытым способом, называется угольным карьером (разрезом). В понятие «карьер» включают комплекс открытых горных выработок и все относящиеся к нему наземные сооружения.
1 ОТКРЫТЫЕ ВЫРАБОТКИ
Открытыми горными работами в горном деле называют совокупность горных работ, производимых с целью добычи полезных ископаемых и создания различных выемок и котлованов. Наибольших масштабов открытые горные работы достигают при добыче полезных ископаемых. При открытой разработке месторождений горные работы подразделяются на вскрышные (отбойка, выемка, перемещение и размещение пустых вскрышных пород на отвалах) и добычные (отбойка, выемка, перемещение и складирование или разгрузка полезного ископаемого).Открытая горная выработка – выработка, имеющая незамкнутый контур поперечного сечения. Название «горно-разведочная» указывает на ее функциональную направленность.К открытым выработкам относятся расчистка, копуша, канавы, а также траншеи и карьеры (рис. 1 и 2).Расчистка – выработка в виде выемки, проводимая в покровных отложениях с целью обнажения коренных пород при геологической съемке и поисковых работах. Расчистки проводят вручную на склонах при мощности насосов 0,5−0,6 м. Размеры расчисток по низу 0,2x0,2 м, по верху 0,4x0,4 м.Копуша – выработка в виде выемки произвольной формы, проводимая в покровных отложениях с целью изучения покровного слоя и взятия пробы коренных пород при поисковых работах. Размеры копуши: по верху от 0,8x0,8 до 1x1 м; по низу 0,5x0,6 м, глубина от 0,5 до 1 м.Канава – открытая горная выработка небольшого сечения, трапециевидной, реже прямоугольной формы. Длина канавы в 3 раза и более превышает ширину. Проводится, например, с целью геологического изучения коренных пород методом зарисовки строения пород и взятия проб по дну выработки.Канава является наиболее распространенным видом открытых горно-разведочных выработок, проводимых при поисках и разведке месторождений. Канавы проводятся на всех стадиях геологических исследований: при поисково-съемочных работах масштабов 1:200000, 1:50000 и 1:25000, при поисковых и разведочных работах масштабов 1:10000, 1:2000. Канавы проводят для обнажения из-под рыхлых отложений мощностью до 5 м (иногда 7 м) не только коренных пород, но и полезных ископаемых, а также при подготовке запасов по категориям С2, С1, В и А.Траншея – открытая горная выработка трапециевидной формы, проводимая, например, при разведке месторождений (в основном россыпных) для взятия крупнообъемных проб. Она отличается от канавы значительными размерами поперечного сечения и небольшой протяженностью. Ширина траншеи по низу обычно до 3 м, но может быть до 40–80 м, глубина до 6 м. Однако известны случаи, когда глубина траншеи достигала 20 м.В зависимости от назначения различают траншеи капитальные (создают доступ транспорту с поверхности к разрабатываемому горизонту месторождения), разведочные (для разведки), дренажные (с целью дренажа и водоотлива).Карьер – горное предприятие, представляющее собой совокупность разнообразных горных выработок (траншей, котлованов, рудоспусков и пр.) и осуществляющее разработку рудного месторождения полезного ископаемого открытым способом (рис. 3). При разработке угля открытым способом карьер называется угольным разрезом.Рисунок 1 – Открытые горные выработки: а – расчистка; б – канава; в – траншея; г – карьер: 1, 2 – рабочий и нерабочий борта карьераРисунок 2 – Открытые горно-разведочные выработки: 1 – расчистка; 2 – капуша; 3 – канава; 4 – траншея: 5 – дно; 6 – борта; 7 – торецРисунок 3 – Схемы вскрытия карьера тупиковыми съездами
2 ПОДЗЕМНЫЕ ВЫРАБОТКИ
К подземным горным выработкам относятся: шахта, штольня, штрек, квершлаг, восстающий, рассечка, гезенк, уклон, бремсберг.Классификация подземных горных выработок по пространственному расположению и назначению приведены в таблице 1. Таблица 1 - Классификация подземных горных выработок по пространственному расположению и назначениюСтвол разведочной шахты – вертикальная или подземная горно-разведочная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и оборудованная подъемными машинами или лебедкой. Является основной в системе горно-разведочных выработок на шахте. При разработке месторождений полезных ископаемых проходится не менее двух стволов (один главный, другой вспомогательный). Главный ствол служит для подъема полезного ископаемого и (если нет вентиляционного ствола) для отвода отработанного воздуха. Вспомогательный ствол – для спуска и подъема людей, оборудования, выдачи пустой породы, подачи в шахту свежего воздуха.Штольня – горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности горизонтально или с незначительным подъемом, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания горных работ при разведке или разработке полезного ископаемого. Она проводится при гористом рельефе, как по простиранию, так и под углом к простиранию с уклоном в сторону устья для обеспечения стока воды и облегчения транспортирования грузов.Штрек – горизонтальная (с углом наклона не более 30) подземная горная выработка, проведенная по простиранию наклоннозалегающего месторождения или в любом направлении при горизонтальном его залегании. Штрек может быть проведен по полезному ископаемому (с подрывкой или без подрывки боковых пород) или по породам, в этом случае он называется полевым. Назначение штрека: для временного накопления полезного ископаемого, вентиляционные, для основного потока груза (ленточный конвейер или рельсовый путь) и др.Квершлаг – горизонтальная или наклонная подземная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность, проведенная по вмещающим породам вкрест простирания или под углом к простиранию рудного тела и обеспечивающая доступ к полезному ископаемому, транспортирование грузов, передвижение людей, проветривание и др.Восстающий – вертикальная или наклонная горная выработка, проводимая по восстанию залежи и служащая для проветривания, передвижения людей, спуска полезного ископаемого или породы, доставки материалов и оборудования, подачи энергии и воды. Восстающий соединяет выработки двух смежных горизонтов (иногда выработки верхнего горизонта с земной поверхностью) и проводится снизу вверх для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по восстанию.Рассечка – подземная горизонтальная горно-разведочная выработка, проводимая из других выработок (шурфов, штолен, штреков и восстающих) вкрест простирания горных пород для установления сплошности и границ оруденения, поисков и разведки полезного ископаемого. Длина рассечек 3 – 5 м, иногда 20 – 40 м.Гезенк – вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого под действием собственного веса или в специальных сосудах механическим способом. Гезенк соединяет выработки смежных горизонтов и проводится сверху вниз для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по падению, а также для передвижения людей, для доставки оборудования и материалов, для прокладки коммуникаций, для вентиляции и др.Уклон – подземная наклонная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для подъема полезного ископаемого. Уклон проводится по полезному ископаемому по линии падения для обслуживания горно-разведочных работ на нижележащем горизонте; оборудуется механическим устройством для подъема горной массы на верхний горизонт.Бремсбегр – подземная наклонная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность, проводимая по направлению падения пласта или залежи полезного ископаемого на откаточный горизонт. Бремсберг предназначен для спуска полезного ископаемого на откаточный горизонт этажа и оснащен конвейерной установкой. При необходимости он может быть использован для подъема материалов и оборудования.Форма поперечного сечения выработок зависит от физика-механических свойств пород, назначения, срока службы выработок, материала и конструкции крепи, а также способа проведения выработок.Параметры штолен могут быть различными. Длина достигает нескольких километров, форма поперечного сечения преимущественно трапециевидная или сводчато-прямоугольная.Для штолен и других подземных горных выработок выделяют понятия: площадь поперечного сечения «вчерне» - без крепления; «в свету» - закрепленная выработка; «в проходке» - с учетом неточностей отбойки контуров горной выработки, примерно на 10 % больше сечения «вчерне». При проходке придерживаются стандартных размеров выработки в ее поперечном сечении, которому придают или форму трапеции, когда применяют деревянную крепь или сводчато-прямоугольную при бетонной крепиПлощадь поперечного сечения «вчерне» рассчитывается с учетом диаметра элементов крепи, ширины зазоров между крепью и стенками выработки. Поперечное сечение выбирается также из расчета применения крепи, высоты выработки, зазоров между крепью и боковыми породами, высоты и ширины откаточного оборудования, ширины свободного прохода, высоты балластного слоя. Для расчета ширины выработки по кровле и подошве и площади сечения учитываются допустимые зазоры между стенками, кровлей выработки и откаточным оборудованием, которые устанавливают на основании требований техники безопасности и приводятся в справочной литературе.
3 ТЕХНОЛОГИИ ПРОХОДКИ ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК
Проходка горных выработок трудоемкий процесс. Специфика геологоразведочных работ в том, что они ведутся преимущественно в условиях с недостаточно развитой инфраструктурой или при ее полном отсутствии. Проходка горных выработок может осуществляться тремя основными способами: 1) механизированным с применением специальных землеройных машин; 2) вручную с применением шанцевого инструмента; 3) с применением буровзрывных работ.Способы проходки выбирают в зависимости от геологических и географо-экономических условий и масштабов проходческих работ. Геологические параметры сводятся к физико-механическим характеристикам горных пород, мощности покровных отложений и стадии геологоразведочных работ, определяющей масштабы и интенсивность работ.Механизированный способ проходки возможен в мягких, сыпучих, вязких трещиноватых горных породах (I–V категорий) и предусматривает использование экскаваторов, бульдозеров, скреперов и некоторых других агрегатов. Наиболее целесообразен на стадии поисков и разведки с относительно большими объемами проходческих работ.Проходка вручную осуществляется при небольших объемах работ или при невозможности применения землеройных машин в рыхлых, мягких и трещиноватых горных породах. В некоторых случаях возможна проходка вручную в крепких трещиноватых или слоистых породах с применением клиньев.В твердых породах категорий VI–XX и мерзлых породах всех категорий проходка горных выработок осуществляется с применением буровзрывных работ.Категория пород в зависимости от коэффициента крепости приведена в таблице 2. Таблица 2 – Классификация пород в зависимости от крепостиКатегорияСтепень крепостиПородаКоэффициент крепости (f)IВ высшей степени крепкие породыНаиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.20IIОчень крепкие породыОчень крепкие гранитные породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец. Менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.15IIIКрепкие породыГранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.10IIІаКрепкие породыИзвестняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.8IVДовольно крепкие породыОбыкновенный песчаник. Железные руды.6IVДовольно крепкие породыПесчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники.5VСредней крепостиКрепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат.4VaСредней крепостиРазнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель.3VIДовольно мягкие породыМягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт.2VIaДовольно мягкие породыЩебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и щебень. Крепкий каменный уголь. Отвердевшая глина.1,5VIIМягкие породыГлина (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос,глинистый грунт.1VIIaМягкие породыЛегкая песчанистая глина, лесс, гравий.0,8VIIIЗемлистыеРастительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок.0,6IXСыпучиеПесок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь.0,5XПлывучиеПлывуны, болотистый грунт, разжиженный лесс и другие разжиженные грунты.0,3
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ: учебное пособие для студентов высших горных учебных заведений / сост.: М.М. Шамсутдинов, Э.В. Лупинин. Бишкек: Изд-во КРСУ, 2015. 182 с.Горные выработки. Общие сведения. [Электронный ресурс]. — 2015. — URL:https://studopedia.ru/12_91727_motornaya-deyatelnost-tonkoy-kishki.html (дата обращения 19.01.2022).Открытые горные выработки. [Электронный ресурс]. — 2020. — URL: https://infopedia.su/13xb3d5.html (дата обращения 19.01.2022).Формы и размеры поперечного сечения горных выработок. [Электронный ресурс]. — 2020. — URL: https://technolibrary.ru/form-i-razmer-poperetchnogo-setcheniya-gorizontalynh-vrabotok/ (дата обращения 19.01.2022).Проходка горных выработок. [Электронный ресурс]. — 2019. — URL: https://www.zinref.ru/000_uchebniki/01600geologia/077_lekcii_geologia_01/435.htm (дата обращения 20.01.2022).Выбор и обоснование способа проходки, основного оборудования. [Электронный ресурс]. — 2020. — URL: https://studopedia.ru/21_49816_vibor-i-obosnovanie-sposoba-prohodki-osnovnogo-oborudovaniya.html (дата обращения 20.01.2022).Способы проходки подземных горных выработок. [Электронный ресурс]. — 2020. — URL: https://studizba.com/lectures/154-stroitelstvo/2498-podzemnoe-stroitelstvo-v-gorodah/46619-38-sposoby-prohodki-podzemnyh-gornyh-vyrabotok.html (дата обращения 20.01.2022).Открытые горно-разведочные выработки. [Электронный ресурс]. — 2020. — URL: https://studopedia.ru/3_113262_otkritie-gorno-razvedochnie-virabotki.html (дата обращения 20.01.2022).