Горные выработки

ЛЕКЦИЯ 3.1. ГОРНЫЕ РАБОТЫ И ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
План:
1. Горные работи и горные выработки
2. Классификация горных выработок.
3. Элементы горных выработок.
1. Горные работы и горные выработки
Горные работы - это работы по проведению, креплению и
поддержанию в рабочем состоянии горных выработок, производимые для
разведки или добычи полезных ископаемых из недр Земли.
По расположению различают:
- открытые горные работы - проводимые под открытым небом;
- подземные - в недрах Земли;
- подводные.
По способу осуществления и применяемым средствам горные работы
подразделяют на:
- машинные (наиболее распространённые) ведутся с помощью горных
машин и механизмов;
- буровзрывные (основной вид) - взрывание помещённых в
предварительно пробурённые шпуры или скважины зарядов взрывчатых
веществ;
- гидравлические;
- геотехнологические (добыча полезных ископаемых подземной
возгонкой, выщелачиванием, растворением и выпариванием и т. п.);
- буровые (применяются для добычи нефти, горючих газов, рассолов,
растворов минералов и т. д.
По производственному назначению горные работы подразделяют на:
 вскрытие месторождения;
 подготовительные для подготовки вскрытой части
месторождения к разработке - разделении её на выемочные
поля или блоки горными выработками, обеспечивающими
транспортировку горных пород, материалов, оборудования,
перемещение людей;
 нарезные для разделения выемочных полей или блоков на
выемочные участки нарезными горными выработками;
 очистные, или добычные для извлечения полезного
ископаемого.
Выбор технологии и оборудования для проведения горных работ в
выработках зависит как от размеров их поперечных сечений,
устанавливаемых как в зависимости от назначения выработки, так и от
крепости и устойчивости пород.
Полости в земной коре, образуемые при извлечении полезных
ископаемых, называются горными выработками. Горные выработки
проводят как по полезному ископаемому, так и по пустым породам.
Горные выработки это искусственные выемки в массиве горных
пород. Назначение их может быть разным. Они применяются при разработке
месторождений в горнодобывающей промышленности, при проведении
геологоразведочных работ, как инженерные сооружения в фортификации или
при создании коммуникационных и транспортных сетей. Размеры их самые
разные.
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.
Названия горных выработок преимущественно германоязычные. Они в
России укоренились со времен Петра I. и отражают различия между ними по
ряду признаков: по связи с дневной поверхностью, по положению в
пространстве относительно вектора силы тяжести, по ориентировке
относительно залегания тел полезных ископаемых и вмещающих пород, по
направлению перемещения забоя; по направлению перемещения грузов и т.д.
По отношению к дневной поверхности все горные выработки делятся
на открытые (поверхностные) и подземные. Различать их можно и по форме
поперечного сечения.
2
Классификация горных выработок
Горные выработки разделяются:

по назначению на разведочные и эксплуатационные;

по положению относительно земной поверхности на
открытые и подземные;

по положению в пространстве на вертикальные, наклонные,
горизонтальные;

по сроку службы;

по размеру;

по форме;

по принципу работы.
1) Классификация горных выработок по назначению.
По назначению различают разведочные и эксплуатационные выработки
(вскрывающие, подготовительные, очистные и специальные).
К разведочным горным выработкам относятся: траншеи, шурфы,
штольни, буровые скважины, разведочные квершлаги, штреки, уклоны, орты,
гезенки и др. выработки.
Целью проведения разведочных выработок является определение
контуров месторождения полезного ископаемого или определенной его
части, числа пластов, установление элементов и условий залегания полезного
ископаемого, его качества и запасов и т. п., а также получение сведений о
возможности и целесообразности промышленной разработки месторождения.
Большинство разведочных выработок по условиям их проведения, крепления
и некоторым другим параметрам в принципе не отличается от
соответствующих эксплуатационных выработок.
Эксплуатационные горные выработки — выработки, необходимые
для разработки месторождения. Необходимо сказать, что эксплуатационные
выработки кроме своего основного назначения выполняют функции
детальной
разведки,
уточняя
и
дополняя
горно-геологическую
характеристику разрабатываемого месторождения.
Однако более правильное - деление их на классы (очистные и
обслуживающие выработки), группы, подгруппы и виды.
Обслуживающие
состоят
из
трех
групп
(вскрывающие,
подготовительные и специальные). Вскрывающие из двух подгрупп (главные
и вспомогательные). Вспомогательные - из многих видов (вентиляционные,
людские, породные и т.д.).
2) Классификация горных выработок 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.
Горные выработки по расположению
поверхности делятся на открытые и подземные.
относительно
земной
К открытым горным выработкам относятся траншеи (разведочные,
въездные, пионерные, водоспускные и др.), экскаваторные заходки на
угольных разрезах, нагорные канавы, дорожные выемки, канавы-лотки для
пропуска весенних и паводковых вод, котлованы и обвалования для создания
отстойников и емкостей для воды.
Подземные эксплуатационные выработки делятся на вскрывающие,
подготовительные и очистные.
К вскрывающим горным выработкам относятся основные выработки,
вскрывающие запасы в шахтном поле (стволы, штольни, главные квершлаги).
Подготовительные выработки — выработки, проводимые при
подготовке отдельных частей шахтного поля к очистной выемке. По
назначению они подразделяются на выработки главных или основных
направлений (этажные квершлаги, основные и полевые штреки, участковые
бремсберги и уклоны) и прочие подготовительные выработки.
Очистными называют выработки, служащие для непосредственной
выемки полезного ископаемого.
По положению относительно горизонтальной плоскости горные
выработки делятся на вертикальные, наклонные и горизонтальные
выработки.
Относительно центра шахтного поля – на центральные, фланговые,
северные, южные, восстающие, диагональные и другие выработки);
По месторождению полезного ископаемого – на пластовые выработки,
если они проходят по этому месторождению, или полевые, когда минуют
его).
Ориентиром могут служить и соседние горные
относительно
к которым
различают
опережающие,
параллельные, верхние, нижние и т.д.
выработки,
отстающие,
3) 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),
 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).
4) Классификация горных выработок 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).
5)
Классификация горных выработок по форме
Если мысленно разрезать горную выработку плоскостью,
перпендикулярной к ее продольной оси, получим поперечное сечение горной
выработки. Для подземных это сечение замкнутое контуром стенок, а для
открытых выработок контур поперечного сечения открыт со стороны
дневной поверхности.
Существует общепринятая классификация выработок по формам
поперечного сечения, т.е. расположенного перпендикулярно трассе. Они
бывают прямоугольные, квадратные, круглые, овальные, трапециевидные,
полигональные, сводчатые и др. Выбор формы поперечного сечения зависит
от горно-геологических условий, назначения выработки, материала крепи,
срока службы и некоторых других факторов
Внешний вид очистных выработок определяется формой их забоя:
плоской прямолинейной, ступенчатой, криволинейной. Форма поперечного
сечения здесь чаще прямоугольная.
3
Элементы горных выработок
Подземная обслуживающая горная выработка имеет следующие
элементы: кровлю, забои, бока, почву, устье.
Устье выработки - место примыкания её к земной поверхности или
другой выработке гораздо большего поперечного сечения, это место, откуда
начиналось проведение выработки. Бывают исключения из этого правила,
главным образом при проведении уклонов и бремсбергов снизу вверх.
Устьем таких выработок считается место, где они соединяются с
вышерасположенной горизонтальной выработкой, чаще всего штреком.
Забоем выработки называют место разрушения массива горных
пород. На забой воздействуют орудиями труда с целью направленной выемки
(отбойки), в результате чего он перемещается, а выработка удлиняется. Это
основной процесс при подземной добыче угля. Примыкающая к забою часть
выработки, где непосредственно ведутся работы по ее проведению,
представляет собой призабойное пространство.
Нижнюю часть периметра поперечного сечения горизонтальных и
наклонных выработок принято называть почвой выработки, верхнюю —
кровлей выработки, боковые стороны — боками выработки. В
вертикальных и крутонаклонных выработках, пройденных по пласту, вместо
терминов «почва» и «кровля» нередко употребляют выражения «лежачий
бок» и «висячий бок» соответственно.
Место соединения нескольких выработок (чаще двух, реже трех)
называют сопряжением горных выработок. Сопряжения - характерный
элемент всех выработок, за исключением тех, которые имеют малый размер
поперечного сечения (шпуры, скважины и др.).
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.
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. Лава
подготовлена двумя горизонтальными выработками для подачи
соответственно свежей и отвода отработанной струи воздуха (насыщенной
газами, влагой и другими примесями). Фронт перемещается по простиранию
пласта в направлении двойной стрелки. С противоположной стороны
остается выработанное пространство, которое постепенно заполняется
породами кровли, обрушающимися под действием сил горного давления Q.
Рабочее пространство поддерживается крепью.
Как видим, лава имеет два сопряжения, почву, кровлю, забой и
выработанное пространство, а боков нет.
Именно направление выемки определяет (ориентирует) элементы лавы.
Тогда её правым боком можно принять фронт, а левым крепь либо
обрушившиеся породы. 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.
По мере выемки угля передвигают крепь, а следовательно,
перемещается вся лава. Позади остается выработанное пространство, в
которое попадает часть подготовительных выработок, из них
заблаговременно извлекают всё ценное и необходимое для повторного
использования (оборудование транспортные сооружения и устройства,
средства связи, энергоснабжения и т.д.). Участки погашают и тщательно
изолируют, чтобы там случайно не оказались люди и не проник туда воздух.
Требования правил безопасности в данном случае должны соблюдаться
неукоснительно.
Сам объем выработок для определения их типа при этом не имеет
никакого значения. Горный карьер - огромная по объему выработка, но она
открытая, также как и мелкая закопушка, а вот даже неглубокий шурф это
уже подземная выработка.