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.