Горное дело. Введение. Лекция 1. Лекция 1 Тема лекции Цель и задачи дисциплины значение горной промышленности в развитии экономики государства План лекции
 Скачать 77 Kb.
|
|
Лекция № 1 Тема лекции: Цель и задачи дисциплины. значение горной промышленности в развитии экономики государства План лекции 1. Цель и задачи предмета. 2. Значение горной промышленности. 3. История развития горного дела. Литература: 1. А.В. Миловский, Минералогия и петрография, М., Недра, 1973, 368 с. 2. В.С. Хохряков, Открытая разработка месторождений полезных ископаемых, М., Недра, 1991, 336 с. Содержание лекции 1. Цель и задачи предмета. Основной целью дисциплины «Горное дело» является получение системных знаний, позволяющих в дальнейшем успешно изучать специальные дисциплины, технологию и механизацию горного производства, умение применять полученные знания на практике. Задачи предмета: - привить любовь к изучаемой специальности; - изучить основные вопросы минералогии, геологии месторождений; - дать необходимые знания о процессах поиска и разведки месторождений полезных ископаемых; - изучить технологию горных работ при открытом и подземном способах разработки месторождений полезных ископаемых; - изучить технологию буровзрывных работ; - изучить технологию отвалообразования и вопросы охраны окружающей среды; - изучить основы обогащения полезных ископаемых. Все разделы дисциплины должны изучаться с учетом развития и совершенствования средств механизации и автоматизации горного производства. 2. Значение горной промышленности. Горная промышленность - основная сырьевая и топливная база современной индустрии, главный источник топлива для энергетики и других отраслей народного хозяйства, сырья для черной и цветной металлургии, химической промышленности, для производства удобрений, строительных материалов, применяемых при сооружении промышленных и жилых зданий, дорог. Около 70 % общего объема природных ресурсов, используемых в народном хозяйстве, приходится на минеральное сырье. Добыча полезных ископаемых осуществляется двумя способами - открытым и подземным. Открытый способ разработки издавна применялся, когда извлекались только те полезные ископаемые, которые залегали наиболее близко к земной поверхности. По мере увеличения глубины работ открытый способ становился невыгодным, так как удаление увеличивающегося объема пустых пород посредством мускульного труда было слишком дорогим. Поэтому открытый способ разработки на длительное время был вытеснен подземным, при котором не требуется выемка пустых пород. Лишь с конца прошлого века в связи с внедрением горных машин открытые работы начали получать распространение, а в последние десятилетия все более интенсивное развитие. Преимущественное развитие открытого способа разработки объясняется тем, что он по сравнению с подземным во много раз производительнее, экономичнее и безопаснее. Производительность труда при открытом способе разработки в 5-8 раз выше, а себестоимость в 2-4 раза ниже, чем при подземном, и этот разрыв за последние 30-40 лет продолжает увеличиваться. Открытая разработка ведется непосредственно с земной поверхности и включает два основных вида работ - вскрышные и добывающие. Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Они должны обеспечить доступ к полезному ископаемому и создать условия для его безопасной добычи. В результате вскрышных и добычных работ образуется карьер. Карьером называется комплекс открытых горных выработок, предназначенных и оборудованных для открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Открытые горные выработки примыкают непосредственно к земной поверхности. Вскрышные и добычные работы ведутся на месторождении совместно, с некоторым опережением во времени и пространстве вскрышными работами добычных. Экономически допустимым считается коэффициент вскрыши при добыче руд, равен 5, а при добыче угля до 60. Поэтому даже при существенном увеличении расходов, которые нужны для ликвидации негативного воздействия на окружающую среду, открытые работы оказываются эффективнее и перспективнее подземных. Для разработки рыхлых пород и добычи угля все шире применяют роторные экскаваторы в комплексе с конвейерным транспортом, а также мощные шагающие драглайны. Для разработки крепких скальных пород созданы новые буровые станки - шарошечного и пневмоударного бурения, карьерные механические лопаты с ковшами вместимостью до 20 м3, думпкары грузоподъемностью 90-180 т, автосамосвалы грузоподъемностью до 180 т, мощные бульдозеры и другая техника. С внедрением новой техники, совершенствуется технология ведения горных работ и увеличиваются параметры карьеров. Глубина ряда карьеров достигла 350-440 м, а в проектах - 720 м, высота уступов увеличилась до 15-20 м, интенсивность отработки - до 55 м в год, значительно возросла концентрация горных работ и производственная мощность карьеров. С помощью открытого способа стало выгодно разрабатывать месторождения с небольшим содержанием полезных компонентов, например, железа 13-14%, меди 0,8-1,0%, асбеста-около 2%. В горнодобывающих отраслях ведутся и все больше интенсифицируются работы по рекультивации отвалов, по предупреждению загрязнения атмосферы пылящими поверхностями отвалов и продуктами массовых взрывов, по уменьшению размеров депрессионных воронок в результате осушения карьеров, сокращение занимаемых земельных площадей, по строительству очистных сооружений. Работы по охране окружающей среды в производственном процессе открытых горных разработок входят в число основных. Для этой цели на карьерах выделяются значительные средства, создаются специальные службы и разворачиваются научно-исследовательские исследования. Развитие открытых разработок в ближайшие 10-15 лет определяется не только все возрастающими потребностями общества в минеральном сырье и конкурентоспособностью с подземным способом разработки, но также все возрастающими экологическими ограничениями. Поэтому в число важнейших первоочередных задач совершенствования технологии открытых разработок на первые места выходят кардинальное снижение негативного воздействия горных работ на окружающую среду и одновременно значительное повышение роли всех звеньев производственного процесса. Повышение эффективности открытых разработок, обеспечивает их конкурентоспособность по подземным способом, будет достигнуто в том случае, если, несмотря на все возрастающие затраты на охрану окружающей среды, приобретут форму устойчивых тенденций повышения производительности труда и снижения затрат на единицу горной массы, а ежегодные темпы роста производительности труда (по горной массе) будут превышать 6-8 %. Направления технического прогресса, которые должны и могут обеспечить необходимые темпы повышения эффективности открытых разработок, включают следующее: 1. Реализацию значительных резервов повышения эффективности производства, в том числе увеличение производительности действующего оборудования, снижение расходов материалов, электроэнергии, топлива, уменьшения потерь рабочего времени, ликвидации нерациональных перевозок, уменьшению текущих коэффициентов вскрыши благодаря рациональному развития горных работ, резкое уменьшение доли ручного труда за счет механизации вспомогательных и ремонтных работ и др. 2. Дальнейшее расширение объемов и видов работ по охране окружающей среды и техники безопасности, рекультивации старых погашенных карьеров и отвалов и создание эффективных и экологически допустимых способов отвалообразования, осушения горных выработок, сооружения шламохранилищ, отвалов бедных руд и отходов обогащения, проведения взрывных работ и вентиляции карьеров и т. п. 3. Осуществление реконструкции значительной части действующих карьеров с перестройкой схем вскрытия, изменением систем разработки и внедрением новых, более совершенных моделей горнотранспортного оборудования: шарошечных буровых станков СБШ-320, карьерных экскаваторов ЭКГ-15 и ЭКГ-20, гидравлических экскаваторов ЭГ-12 и ЭГ-20, карьерных погрузчиков с ковшами вместимостью 25 т, автосамосвалов грузоподъемностью 75, 110 и 180 т, мощных бульдозеров и средств механизации путевых и вспомогательных работ. 4. Значительные усовершенствования в технологии добычных работ, обеспечивающих повышение качества добытых руд, снижение потерь и разубоживания, улучшения селективной выемки различных сортов полезного ископаемого и пород вскрыши. 5. Широкую и всестороннюю компьютеризацию горного производства на базе применения микропроцессорной техники во всех звеньях технологических процессов и ЭВМ в системах управления производством. Создание и внедрение автоматизированных банков данных по отдельным предприятиям и объектам и на основе широкого применения САПР и АСУ. Реализация этих технических направлений, внедрение новой техники и технологии позволяет еще больше повысить эффективность открытого способа разработки и высвободить средства для решения экологических задач и повышения жизненного уровня трудящихся горных предприятий. 3. История развития горного дела. Знакомство человека с минералами и горными породами относится и глубокой древности. Уже в первобытном обществе значение камня было большое. Первые орудия труда были каменными. В каменном веке люди умели отличать полезные для себя камни и рыхлые породы (глины), которые были им необходимы для изготовления орудий защиты, охоты и быта, а также для украшений. Позже человек научился добывать нужные для строительства горные породы, распознавать руды меди, золота, серебра, ртути, олова, искать драгоценные камни. Первые упоминания о минералах и вообще о геологии относятся к XX-XIX вв. до нашей эры, когда в Китае было начато создание коллективного произведения «Сан-Хэй-Дин» (сказание о горах и морях). На протяжении веков это произведение дополнялось и обновлялось и до середины первого тысячелетия до нашей эры уже содержало описание многих металлов, минералов и горных пород. Индийские источники «Вед», «Рамаяны» и другие, появились задолго до нашей эры, также свидетельствуют о существовании в то время некоторых знаний по определению минералов и руд, их добычи и применения. В рабовладельческих государствах Европы и Азии, в Египте горное дело играло важную роль в хозяйстве. В этих странах было развито гончарное производство, изготавливались краски, добывались многие металлы. Древнегреческие ученые Фалес, Гераклит, Эмпедокл и другие высказывали некоторые, большей частью умозрительные, представления о происхождении Земли, вулканических явлениях, преобразовании земной поверхности. Интересная попытка классифицировать «камни» была сделана греческим естествоиспытателем и философом Аристотелем (IV ст. к н. е,). Он же объяснил строение Вселенной, смену суши и моря и образование металлов и руд как результат их сублимации в газообразном состоянии из недр Земли. Ученик Аристотеля Феофраст написал специальный трактат «О камнях», где были приведены самые разнообразные сведения о минералы и горные породы. Римский натуралист Плиний Старший написал 36 томов «Естественной истории», которая содержит достаточно крупные геолого-минералогические сведения. В начале нашей эры горное дело было значительно развито в странах Востока. В Средней Азии добывались драгоценные камни, олово, ртуть, медь, свинец и серебро, каменный уголь, минеральные краски и другие ископаемые, о чем свидетельствуют многочисленные следы древних выработок, кузниц, а также местные названия (Хайдаркан-большой рудник Кургашинкан-свинцовый рудник и др). Много «чудских кип» - старинных рудников было и на территории России, на Урале и на Алтае. Одним из выдающихся ученых древности, дал такие сведения, был уроженец Хорезма-Бируни (972 - 1048). Наряду с произведениями по астрономии и географии он написал «Собрание сведений о познании драгоценных минералов», где подробно были рассмотрены свойства (цвет, удельный вес, твердость и др.) некоторых металлов и минералов. Другим выдающимся ученым того времени был Авиценна (980 - 1037), живший в Хорезме и Иране. Авиценна был крупнейшим философом и врачом, его многочисленные труды переводились на европейские языки. Занимался он также и вопросами геологии, изучал свойства горных пород и руд. Все минералы были разделены на четыре группы: 1) камни и земли, 2) металлы, 3) горючие или сернистые ископаемые и 4) соли. Это была одна из первых попыток классифицировать минералы. С VI - VII вв. начинаются разработки медных, свинцовых и серебряных руд в славянских странах - Чехии и Моравии. Потом горнорудное дело распространяется по всей Европе: в Венгрии добывают золото, в Саксонии-медь, в Польше-соль, на территории современной Югославии - ртуть. Добыча металлов возникла также в Англии и Швеции. На Руси в то время действовали железные рудники в районах Тулы и Серпухова, в Кандалакше добывали янтарь, в Сольвычегодск - соль. Расцвет естественных наук в Европе начался с эпохи Возрождения, то есть в XV веке. В это время в Европе уже были крупные горнорудные предприятия, такие, например, как свинцово-серебряный рудник Кутна Гора в Чехии, горные выработки которого достигали нескольких сотен метров глубины. Начиная с XV-XVI вв. в Европе появились признаки нового общественного строя - капитализма. Это был период зарождения промышленности, рост городов, что значительно увеличило спрос на различные полезные ископаемые и способствовало расширению их добычи. Стали более интенсивно развиваться и геологические науки, возникали новые представления о минералах и горных породах. Благодаря работам Леонардо да Винчи, Коперника, Лапласа, Лейбница, Бюффона и других ученых началась непримиримая борьба за подлинно научное мировоззрение. В XVI ст. появилась важная работа по минералогии немецкого ученого Георга Бауэра, широко известного под именем Георгия Агриколы (1490-1555), который дал сводку знаний, накопленных при добыче полиметаллических руд в Саксонии и Чехии. Он предложил более дробную классификацию сравнению с классификацией Авиценны и подробно описал физические свойства минералов. В 1669 г. датский ученый Н. Стено (1638 - 1687) открыл важнейший закон кристаллографии – закон постоянства гранных углов. В 1763 г. этот закон был подтвержден М. В. Ломоносовым, а в 1772 г. французским ученым Роме де Лилем (1736-1790). Примерно к этому же времени относится открытие Бартолином двойного светопреломления в кристаллах исландского шпата, а несколько позже, в 1090 г., Христианом Гюйгенсом было заложено начало кристаллооптики. В России горное дело получило значительное развитие при Петре I. В 1700 г. создается специальное учреждение-«Приказ рудокопных дел», которое занималось поисками и добычей руд и выплавлением металлов. К этому времени уже были известны магнетитовые руды Урала, разрабатывались болотные железные руды на севере России, выплавлялась медь в окрестностях Соликамска, широко развивалась добыча слюды-мусковита в Карелии и в Восточной Сибири, серы в Поволжье началось освоение серебряно-свинцовых руд на Алтае и в районе Нерчинска. В 1725 г. была организована Академия Наук, что в значительной степени способствовало изучение и освоение природных богатств России. Среди ее членов был выдающийся ученый, сын простого крестьянина Архангельской губернии Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Он открыл ряд важных законов в области химии, физики и других естественных пауков, научно обосновал необходимость проведения различных геологических исследований в России. Все свои выводы он основывал на тщательном изучении фактического материала. Ломоносов исследовал формы кристаллов, их физические и оптические свойства, указывал на возможность искусственного выращивания кристаллов. Корпускулярная теория Ломоносова объясняла строение кристаллического вещества: он высказал догадку о том, что «корпускулы» (атомы) располагаются в кристаллах закономерно и таким образом объяснил закон постоянства углов. Геологические работы Ломоносова намного опередили зарубежную науку того времени. В 1757 г. им была написана работа «Слово о рождении металлов от трясения земли», в 1763 г. «Первые основания металлургии или рудных дел» и «О слоях земных». Ломоносов впервые показал, как образуются минералы рудных жил и указал их ассоциации. Он писал, что наличие одного минерала может помочь в поисках другого; например, рядом с серебром может быть олово или кобальт. Ломоносов уделял внимание происхождение горных пород и показал способы образования осадочных горных пород. Им была установлена растительная природа каменного угля и янтаря. В своих трудах Ломоносов рассматривал самые разнообразные геологические вопросы. Он был первым ученым, который представил развитие земли как совокупность эндогенных и экзогенных процессов. Аналогичные по широте научного охвата работы на западе появились значительно позже (Дж. Геттон в «Теории земли». 1795 г.). Последователем Н. в. Ломоносова в России был академик В. М. Севергин (1765-1826). Им написаны ценные руководства и труды по минералогии: «Первые основания минералогии или естественной истории ископаемых тел» (1798), «Пробирное искусство» (1801), «Подробный минералогический словарь» (1807), «Новая система минералов, основанная на наружных и отличительных признаках» (1816), «Опыт минералогического землеописания государства Российского» (1809). Во многих трудах В. М. Севергина содержатся новые идеи и толкования происхождения минералов, их ассоциаций, приводятся геолого-петрографические характеристики отдельных районов России. Совместное нахождение минералов, имеющих одинаковое происхождение, он называет «смежностью». Это же понятие в 1849 г. было введено в науку Брейтгауптом под термином «парагенезис». Большими были успехи геологических наук и в западных странах. В Саксонии, где издавна разрабатывались рудные месторождения, в XVIII в. А. Г. Вернером (1750-1817) была создана Фрейбергская Горная академия, оказавшая большое влияние на развитие минералогии и сопредельных дисциплин. Французский исследователь Каранжо в 1772 г. изобрел прибор для измерения гранных углов в кристаллах - прикладной гониометр; в 1809 г. Волластонит создал однокружный гониометр. Начался период детального описания минералов. Примерно в это же время, в 1784 г., Г. Же. Чтобы установил закон рациональных отношений и создал теорию структуры кристаллов. В России большую роль в развитии геологических наук сыграло основанное В. М. Севергиным в 1817 г. Минералогическое общество, которое существует до настоящего времени. Еще раньше в Петербурге было создано Горное училище (1773 г.), позже преобразовано в Горный институт. С 1825 г. начал выходить «Горный журнал». В середине прошлого века кристаллография, минералогия и петрография начали обособляться как самостоятельные науки. В 1830 г. Гессель вывел 32 вида симметрии. В 1867 г. А. В. Гадолин подтвердил этот вывод и разработал математические основы кристаллографии. В начале XX века техника продолжает развязаться усиленными темпами, возникают новые отрасли промышленности. К этому времени относится открытие мартеновского способа производства стали, произведшее переворот в металлургии, следствием чего появилась огромная потребность в угле и марганце. Увеличился спрос на такие металлы как хром, ванадий, никель. Началось производство алюминия. В этот период усиленно строятся железные дороги, в связи с чем возрастает потребность в угле. Рост электротехники, авиастроения, автомобильной и других отраслей промышленности требует увеличения добычи цветных металлов и нефти. Все это привело к бурному развитию горнорудной, нефтяной и угольной промышленности. Высокий уровень техники, достижения химии, физики и других наук способствовали еще более успешному развитию минералогии и петрографии. В конце прошлого века начал свою плодотворную деятельность крупнейший естествоиспытатель, минералог и геохимик в. И. Вернадский (1863-1945). Его многочисленные научные труды отразили новое генетическое направление в минералогии. В. И. Вернадский является подлинным реформатором в этой науке, создателем новой научной школы. Он изучал процессы минералообразования, парагенезисы минералов, строение минералов и другие вопросы. В. И. Вернадский является основоположником двух новых наук - геохимии и биогеохимии. Немецкий ученый П. Грот (1843-1927) систематизировал в пятитомном сочинении «Химическая кристаллография» обширный материал по установлению связи химического состава кристаллов с их морфологией. После открытия в 1912 г. М. Лауэ явления дифракции рентгеновских лучей кристаллами началось быстрое развитие рентгеноструктурных исследовании. Большая роль в этом отношении принадлежит английскому физику У. Г. Брэггом (1862-1942). В России одновременно и независимо от него подобные работы проводил Г. В. Вульф. Ближайшая задача геологических организаций - сделать минерально-сырьевую базу еще более прочной, разведать новые месторождения и районы, выявить новые виды минерального сырья. Эта задача в настоящее время успешно выполняется. Контрольные вопросы: 1. Охарактеризуйте состояние науки о кристаллах, минералах и горных породах до XVIII века. 2. Какое значение имеют работы Н.В. Ломоносова и В.М. Севергина в развитии геолого-минералогических наук? 3. В чем состоят научные заслуги академика В.С. Федорова? 4. Какова роль В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана в развитии минералогии? 5. В чем заключаются цель и задачи дисциплины «Горное дело»? 6. Охарактеризуйте цель и задачи дисциплины «Горное дело». 7. Охарактеризуйте значение горной промышленности. 8. Охарактеризуйте способы разработки месторождений полезных ископаемых. 9. Сформулируйте направления технического прогресса, позволяющих повысить эффективность открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых. Домашняя работа: 1. Изучение материала конспекта лекций. 2. Хохряков В.С., Открытая разработка месторождений полезных Ископаемых. М. : Недра, 1991. - 336 с. |