Реферат. ШАХТА. Угольную промышленность
 Скачать 128.13 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Хозяйственный комплекс любой страны подразумевает использование полезных ископаемых, таких как нефть, газ, уголь, железная руда, бокситы, марганцевая руда и т.д. Значительная часть добычи полезных ископаемых во всем мире, не территории России и стран СНГ приходится на железную руду и уголь. В целом, предприятия, добывающие полезные ископаемые образуют горнодобывающую промышленность, которая в свою очередь делится на угольную промышленность (занимается добычей угля),горнорудную промышленность (занимается добычей железной руды), нефтедобывающую промышленность и т.д. Если отбросить специфические способы добычи нефти и газа, связанные с бурением глубоких скважин, в том числе и на море, то основными способами добычи твердых полезных ископаемых являются открытый и подземный способ. Хотя подземные работы менее эффективны, чем открытые, сохранение на достаточно высоком уровне объемов подземной добычи предопределяется условиями залегания месторождений. Современная шахта представляет собой сложную сеть горных выработок, для проветривания которых применяют зачастую несколько источников энергии и целый комплекс вентиляционных сооружений различного рода. Обеспечение выработок требуемым расходом воздуха является одной из главных задач, регулярно решаемых ИТР участков ВТБ угольных шахт и депрессионными службами горноспасательных отрядов. 1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ Традиционно шахтой называется предприятие по подземной добыче каменного угля или горючих сланцев, в России существуют шахты для подземной добычи тяжёлой нефти. При добыче подземным способом руды шахту называют рудник. Шахта включает наземные сооружения: копры, надшахтные здания, главные вентиляторные установки, дробильно-сортировочные фабрики, склады и совокупность подземных горных выработок, предназначенных для разработки месторождения в пределах шахтного поля. Шахта — механизированное и автоматизированное предприятие, оснащенное производительными машинами и механизмами для добычи и транспортировки полезного ископаемого, проведения горных выработок, водоотлива и вентиляции. Срок службы шахт, отрабатывающих мощные месторождения, достигает 50—70 лет и более. Глубина отдельных шахт по добыче золота и алмазов достигает 4 километров. Для проветривания шахт и снижения запылённости используется вентиляция. В равнинной местности чаще всего вскрытие производится вертикальными стволами, реже – наклонными, от которых на разных горизонтах (этажах) проводятся квершлаги до встречи с залежью ископаемого. В гористой местности основные вскрывающие выработки – штольни. Иногда неосведомленные люди ствол или штольню называют собственно шахтой. После выработки больших объёмов породы, существует опасность оседания, провалов почвы и грунта в данном районе. Этот процесс часто бывает внезапным, его трудно предсказывать. Для советских шахт была характерна сдвоенная нумерация и приставка «бис» (например, шахта 17-17 бис, шахта 22-4 бис). Сдвоенная нумерация обозначала объединение в одном угледобывающем предприятии двух ранее обособленных, «посаженных» на общее шахтное поле. Приставка «бис» означала дублирование, повторение. Так называли шахту близнеца, клон, заложенную в непосредственной близости от первичного, матричного предприятия. До 70-х годов шахты СССР не имели названий, а имели только номера как у режимных объектов. Лишь в 1971 году шахты обрели названия. Основными характеристиками, определяющими тип шахты, является производственная мощность и срок службы шахты. Производственной мощностью шахты (А) называется количество полезного ископаемого в тоннах, добываемого в год. Срок службы шахты (Т) равен периоду, в течение которого отрабатывается промышленные запасы в пределах шахтного поля. К горным объектам относятся горные выработки, поверхностные сооружения на территории шахт, а также все объекты, которые располагаются ниже поверхности земли (метрополитен, подземные нефте и газохранилища, подземные переходы, склады и т.д.). Горные выработки – это полости в земной коре, которые образовываются результате выемки полезного ископаемого в самом месторождении или пород в окружающих месторождение породах. Горные выработки бывают открытые и подземные. Открытыми называют выработки, которые примыкают к поверхности земли и поэтому имеют незамкнутый контур поперечного сечения. Выработки, расположенные на некоторой глубине от поверхности, называют подземными. По своему пространственному положению горные выработки подразделяют на горизонтальные, вертикальные и наклонные. В зависимости от расположения выработки по отношению к залежи полезного ископаемого различают горные выработки, проводимые по породам, по полезному ископаемому, частично по полезному ископаемому и породам. По горным выработкам циркулирует воздушная струя, в них размещают различное оборудование, а также прокладывают трубопроводы (водоотливные, гидротранспортные, сжатого воздуха) и электрические кабеля. Горные выработки проходят по простиранию плата или залежи полезного ископаемого, по восстанию, по падению и вкрест простирания или под некоторым углом к простиранию. По назначению различают: разведочные горные выработки – проводимые с целью поисков или детальной разведки месторождения полезного ископаемого, эксплуатационные горные выработки – необходимые при разработке разведанного месторождения. Следует отметить, что как отдельный вид выделяют временные горные выработки, т.е. такие горные выработки, которые необходимы только для сооружения эксплуатационных горных выработок. В свою очередь эксплуатационные горные выработки по назначению делят на: капитальные, обслуживающие подземное хозяйство шахты в течение всего срока разработки шахтного поля или его крупной части (этажа, панели), подготовительные, в результате проведения, которых месторождение или его часть подготавливается к добыче полезного ископаемого, нарезные, проводимые по пласту или залежи полезного ископаемого и соединяющие транспортные и вентиляционные подготовительные выработки с очистными, очистные, которые служат для непосредственной добычи полезного ископаемого. В подземных горных выработках различают следующие элементы: Почва – поверхность горных пород, ограничивающая горную выработку снизу, Бока – поверхности горных пород, ограничивающие выработку с боков, Кровля – поверхность, ограничивающая выработку сверху. Забой – поверхность, ограничивающая горную выработку и перемещающаяся в результате ведения горных работ. Устье – начало горной выработки или место ее выхода на земную поверхность или место примыкания выработки к другой выработке. В открытых горных выработках различают почву, борта и забой. К вертикальным горным выработкам относятся: Шурф – вертикальная, реже наклонная горная выработка обычно прямоугольного сечения, которая имеет непосредственный выход на земную поверхность и служит для геологоразведочных или эксплуатационных работ. Шурфы имеют сравнительно небольшой срок службы. Глубина шурфов, как правило, не превышают 50-90 м. Шахтным стволом называют вертикальную (или наклонную) горную выработку, которая имеет непосредственный выход на поверхность и предназначена для обслуживания подземных эксплуатационных или геологоразведочных работ. В последнем случае такую выработку называют стволом разведочной шахты. Шахтный ствол, является капитальной горной выработкой со сроком службы, равным, как правило, сроку службы шахты. Если на шахте находятся в действии два стола, то один ствол называют главным ( по нему выдают на поверхность полезное ископаемое ), а второй - вспомогательным. Вспомогательный ствол служит для выдачи из шахты породы, спуска материалов и оборудования, По этому стволу также производят спуск и подъем людей. На крупных шахтах число стволов может достигать шести-восьми. При этом отдельные стволы выполняют узкоспециализированные функции, в соответствии с чес их называют вентиляционными, водоотливными, закладочными и т.д. Шахтные стволы в зависимости от вида подъемной установки, которой он оборудован, называют скиповым, клетевым, скипо-клетевым. Слепой шахтный ствол, в отличие от шахтного ствола, не имеет выхода на поверхность. Гезенком называют вертикальную горную выработку, которая не имеет непосредственного выхода на поверхность и служит для связи между рабочими горизонтами. В большинстве случаев полезное ископаемое спускается по гезенку самотеком, иногда с помощью винтовых спусков. Глубина гезенков может превышать 100м. Восстающим называется вертикальная (или наклонная) горная выработка, которая не имеет выхода на поверхность, проводится по восстанию и служит для целей разведки или эксплуатации. Горизонтальные горные выработки. Почти все горизонтальные выработки имеют незначительный уклон для облегчения стока рудничных вод и облегчения откатки груженых составов с полезным ископаемым. К горизонтальным выработкам относятся. Тоннель – горизонтальная гонная выработка (реже наклонная), которая имеет два выхода на поверхность (с обеих сторон). Штольня – горизонтальная горная выработка, которая имеет непосредственный выход на поверхность и служит для разведки или эксплуатации месторождения. Различают откаточные, вентиляционные и водоотливные штольни. Штольни проводят по простиранию и вкрест простирания месторождения Штольни можно применять только при гористом или холмистом рельефе местности. Обычно штольня является главной капитальной выработкой, имеющей значительный срок службы. Квершлаг – протяженная горная выработка, которая не имеет непосредственного выхода на поверхность и проводится под углом к простиранию местрождения, чаще всего вкрест простирания. Штрек – протяженная горизонтальная горная выработка, которая не имеет непосредственного выхода на поверхность и проводится полностью или частично (т.е. с подрывкой боковых пород) по пласту полезного ископаемого в направлении его простирания при пологом, наклоном и крутом падении и в любом направлении при горизонтальном залегании. Штреки, которые проводятся по породам – называют полевыми. В зависимости от основного назначения штреки подразделяют на откаточные и вентиляционные. В откаточных штреках, как правило, применяют локомотивный транспорт, Если транспортирование полезного ископаемого осуществляется конвейерами, то штрек называют конвейерным. Вентиляционные штреки служат для отвода отработанной струи воздуха и для вспомогательных целей. Длина штреков может достигать нескольких километров. Орт - горизонтальная горная выработка которая не имеет непосредственного выхода на поверхность. Орты проводят вкрест простирания мощного пласта или залежи между ее висячими и лежачими боками. Наклонные горные выработки. Наклонный ствол – наклонная выработка, которая имеет выход на поверхность и служит для тех же целей, что и вертикальный ствол. Бремсбергом называется наклонная выработка, которая не имеет непосредственного выхода на поверхность и проводится обычно по пласту полезного ископаемого. Бремсберги служат для спуска добытого полезного ископаемого с вышележащего горизонта на нижележащий. Бремсберги применяют только при наклонном и пологом падении залежей. Уклоном называют наклонную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность и проводимую обычно по плату полезного ископаемого. Уклоны служат для подъема полезного ископаемого с нижележащего горизонта на вышележащий. Скатом называют наклонную выработку, проводимую обычно по полезному ископаемому и не имеющую непосредственного выхода на поверхность. Скаты служат для спуска полезного ископаемого и других грузов с вышележащего горизонта на нижележащий под действием собственного веса. Среди горизонтальных горных выработок также выделяют камеры. Камеры – выработки, которые имеют небольшую длину по сравнению с размерами поперечного сечения. Различают камеры, проводимые по полезному ископаемому с целью его извлечения, и камеры, которые служат для размещения в них машин, механизмов и оборудования. Совокупность подземных выработок, расположенных около стволов и предназначенных для обслуживания подземного хозяйства шахты, называют околоствольным двором. Выработки небольшого поперечного сечения. Шпур – это цилиндрическое углубление, которое выбуривается в толще пород или полезного ископаемого для размещения в нем заряда взрывчатых веществ или для других целей, связанных с разведкой и разработкой месторождения. Диаметр шпуров обычно 30-40 мм, иногда до 75 мм. Длина обычно 1,5 - 2,5 м, иногда до 5 м. Скважина – это выработка, которая отличается от шпура увеличенным диаметром (100-150 мм и более ) и глубиной. Глубина скважин колеблется от 10 м до нескольких тысяч метров. 2 СТРОИТЕЛЬСТВО ШАХТ Основной период строительства шахты. Согласно СНиП ІІІ-11-77 в первый основной период строительства входят: проходка стволов шахт (штолен), в том числе их углубка; проходка сопряжений стволов шахт с околоствольными выработками длиной до 10 м, а при использовании технологического оборудования для последующей проходки выработок — длиной, определяемой из условий размещения этого оборудования; проходка сопряжений стволов шахт (штолен) с приствольными выработками длиной не менее 5 м; проходка временных и постоянных перекачных камер, камер временного и зумпфового водоотлива, загрузочных устройств, соединительных выработок между главным и вспомогательным стволами; армирование стволов шахт; строительно-монтажные работы по подготовке ко второму периоду строительства — доставка средств шахтного подъема; подземного и поверхностного транспорта; средств проветривания и водоотлива; подготовка мест для отвалов породы и складов полезных ископаемых. На строительство главных (скиповых) стволов затрачивается 65...100 %, вспомогательных (клетевых) стволов — 45...95 %, вентиляционных и воздухоподающих — 18...40 % времени от полной продолжительности строительства шахты. Технология строительства и в первую очередь распределение объемов горно-проходческих работ по стволам во втором периоде строительства шахты должны быть тесно увязаны с прогнозируемой продолжительностью работ по строительству каждого ствола. Конечная цель первого основного периода — обеспечить не только эффективное строительство стволов, но и достаточную производительность подъемов, вентиляции, водоотлива во втором периоде. Энергоснабжение, транспорт и службы материально-технического обеспечения должны при этом полностью удовлетворять нужды всех одновременно действующих забоев. Второй основной период строительства шахты качественно отличается от первого. Если в первом периоде строятся штольни, вертикальные или наклонные стволы, то во втором —горизонтальные и наклонные горные выработки, непосредственно вскрывающие и подготавливающие месторождения полезного ископаемого к разработке, а также околоствольные дворы и камеры, которые являются связующим звеном между стволами и вскрышными подготовительными выработками. Комплекты проходческого оборудования, средства транспорта, водоотлива и т. д. в забоях вертикальных, горизонтальных и наклонных горных выработок принципиально различны. В связи с этим работы второго периода выполняют специализированные шахтостроительные организации. Для сокращения срока и повышения качества строительства очень важно правильно распределить объемы горно-проходческих и других работ между строительными организациями первого и второго периодов. Главная задача первого периода — выполнение максимального объема горно-проходческих и монтажных работ в сопрягающихся со стволом выработках с тем, чтобы облегчить начало работ второго периода и по возможности сократить до минимума затраты времени на переход от первого ко второму периоду строительства. К переходным работам относятся налаживание вентиляции, транспорта, энергоснабжения, водоснабжения и водоотлива, комплектование забоев проходческим оборудованием, т. е. выполнение всего комплекса работ, обеспечивающего нормальный разворот и нарастающий темп строительства вначале выработок и камер околоствольных дворов, затем капитальных и подготовительных горизонтальных и наклонных горных выработок вплоть до сдачи шахты в эксплуатацию. Выбор последовательности строительства горных выработок, наиболее эффективной технологии, расчет средств подъема, транспорта, схем энергоснабжения, вентиляции, водоотлива, системы материально-технического обеспечения должны выполняться не обособленно, а в комплексе, что дает возможность достигнуть высоких показателей строительства горных выработок. Подготовительный период строительства. До начала подготовительного периода осуществляют организационно-технические мероприятия: Проводят инженерно-геологические изыскания; оформляют финансирование; заключают договора на строительство с подрядными и субподрядными организациями; решают вопросы, связанные с обеспечением строительства материалами, конструкциями и деталями; получают фонды и размещают заказы на поставку оборудования; производят отвод земель для строительства; решают вопросы обеспечения строительства рабочими кадрами и их жилищно-бытового устройства. После выполнения указанных мероприятий приступают к выполнению строительно-монтажных и планировочных работ подготовительного периода. Каждый из периодов строительства характеризуется сложными и трудоемкими горнопроходческими, земляными и строительно-монтажными работами, однако одним из наиболее важных и ответственных является подготовительный период строительства, так как от полноты, качества и своевременности выполнения всех работ во многом зависят технико-экономические показатели строительства всего горного предприятия в целом. Подготовительные работы должны своевременно обеспечивать необходимый фронт работ для всех строительных подразделений и быть технологически увязаны с общим потоком строительно-монтажных работ. Последовательность строительства систем и объектов в подготовительном периоде определяют календарным графиком с учетом необходимой очередности ввода систем и объектов в эксплуатацию. Комплекс строительно-монтажных и земляных работ в подготовительный период выполняется как ха пределами промышленных площадок горного предприятия (внеплощадочные работы), так и непосредственно па промышленной площадке , (внутриплощадочные работы). Внеплощадочные работы. В состав внеплощадочных работвходит строительство магистральных линий, протяженность которых превышает 3 км. К ним относятся внешние подъездные железнодорожные пути, автомобильные дороги, линии электропередачи с трансформаторными и распределительными подстанциями, линии связи, водопроводные магистрали с заборными сооружениями, канализационные коллекторы с очистными сооружениями, судоходные трассы с воднымипричалами. Железную дорогу прокладывают от ближайшей железной дороги или эксплуатационной шахты до промышленной площадки горного предприятия. Протяженность железнодорожной линии зависит от территориального расположения горного предприятия. В случае, когда строительство железной дороги задерживается по техническим пли технологическим причинам, хранение оборудования и материалов организовывают на временных складах на ближайшей к шахте железнодорожной станции. На строительную площадку грузы доставляют автомобильным транспортом. Автомобильную дорогу строят от ближайшей автомобильной дороги республиканского или областного значения до промышленной площадки горного предприятия. Автомобильную дорогу делают шириной не менее 6 м с асфальтовым покрытием. Временные внеплощадочные и внутриплощадочные железные и автомобильные дороги следует строить в тех случаях, когда нецелесообразно использовать в подготовительный период постоянные дороги. Электроснабжение строящейся шахты должно осуществляться по двум независимым линиям (ЛЭП). При выходе из строя одной из них оставшаяся в работе линия должна обеспечить нормальную работу всех электроприемников. Линии электропередач строят для обеспечения электроэнергией всех энергопотребителей на промышленной площадке строящегося горного предприятия — и на поверхности, и в горных выработках в период эксплуатации последнего. В практике применяют два варианта обеспечения горного предприятия электроэнергией. Первый— в подготовительный период строят постоянную ЛЭП напряжением 110—35 кВ, которая рассчитана на обеспечение электроэнергией как строительства, так и эксплуатации горного предприятия. Эту ЛЭП подсоединяют к специальному фидерному автомату районной подстанции. Второй— вначале строят временную ЛЭП напряжением 1— 6 кВ, которую подключают к фидерному автомату трансформаторной подстанции действующего горного предприятия или к ближайшей эксплуатационной ЛЭП соответствующего напряжения. После окончания строительства горного предприятия или параллельно со строительством строят постоянную ЛЭП требуемого напряжения к началу развития основных объемов горных работ, которая служит для эксплуатации горного предприятия. Этот вариант применяют в тех случаях, когда строительство постоянной ЛЭП требует продолжительного срока из-за больших объемов работ и строительство временной ЛЭП окупается за счет сокращения срока строительства всего горного предприятия. Выбор напряжения 110, 35 или 6 кВ для передачи электроэнергии определяют техническими и экономическими расчетами. При строительстве горных предприятий, удаленных на значительное расстояние от источников электроэнергии, работы подготовительного периода обеспечивают электроэнергией от передвижных электростанций с двигателями внутреннего сгорания ДГ-50; АД-70; ДГ-400. Временные источники (передвижные электроподстанции, энергопоезда) можно использовать только в самый начальный период строительства. Временные сети высокого и низкого напряжения необходимо подвешивать на столбах. Допускается прокладка электрокабелей в траншеях лишь в тех случаях, когда строительство ЛЭП может осложнить выполнение основных строительно-монтажных работ или если выполнение таких работ не допускается по Правилам безопасности. Линию телефонной связи (ЛТС) строят от ближайшего телефонного узла до промышленной площадки горного предприятия. ЛТС может быть воздушной (с подвеской проводов на столбах) и кабельной (с прокладкой кабеля в траншее). Тип ЛТС определяют в зависимости от протяженности, рельефа земной поверхности, экономического фактора, осложнения выполнения строительно-монтажных или земляных работ. Воду, расходуемую на производственные (питание котлов, приготовление бетона, охлаждение компрессоров, мойка машин и т. п.), санитарно-бытовые (душевая, столовая) и противопожарные нужды, целесообразно подавать из действующих систем водоснабжения, расположенных вблизи строительной площадки. Для технических нужд используют воду из ближайших естественных водоемов. При их отсутствии бурят артезианские скважины. Потребность в воде определяют в соответствии с нормативами. Для сброса шахтных и бытовых вод строят канализационный трубопровод с очистными сооружениями. Тепло - и пароэнергней стройку необходимо обеспечивать от действующих централизованных систем теплоснабжении. При соответствующих технико-экономических обоснованиях можно применять индивидуальные котельные, располагаемые на строительной площадке. Схемы энергоснабжения, связи, водо- и теплоснабжения должны быть увязаны между собой на всех, этапах выполнения строительно-монтажных работ с учетом последующего развития строительства в данном районе. 3 ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ШАХТ Различают жизненный и технологический циклы добывающих предприятий. Жизненный цикл – период от дня проектирования предприятия до его закрытия. Технологический цикл – период от начала использования определенной технологии до смены ее другой. Так, для угольной отрасли характерны технологические циклы, связанные с использованием широкозахватной выемочной техники, затем узкозахватной с применением индивидуальной крепи и этой же техники с применением механизированных крепей. Срок службы предприятия – предельное время, считая от начала эксплуатации технического объекта, в течение которого он функционирует с требуемой эффективностью, включая время работы объекта по прямому назначению, а также время простоев из-за ремонтов, по организационным причинам и т.д. Например, при минимальной производственной мощности строящейся шахты (1-2 млн. т в год) срок ее службы должен быть не менее 25-30 лет. Известны следующие этапы производственного цикла: 1) поиск и разведка полезных ископаемых (их определения приведены в предыдущих разделах); 2) проектирование и строительство горных предприятий. Проектирование – это разработка комплексной технической документации (проекта), содержащей технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для строительства (реконструкции) горного предприятия. Процесс строительства горного предприятия подразделяют на несколько периодов: подготовительный (внутриплощадочные и внеплощадочные работы); первый основной (оснащение и проходка стволов); переходной (от проходки стволов к проведению протяженных выработок); второй основной период (проведение горизонтальных и наклонных выработок, строительство шахтной поверхности, подготовка к сдаче предприятия в эксплуатацию). На эффективность ведения горных работ влияют следующие основные горно-геологические факторы: 1. Глубина разработки. С увеличением глубины разработки возрастает вредное влияние горного давления; интенсивнее проявляются пластические свойства горных пород; увеличивается температура горных пород на глубине 1000 м до 36-40°С; возрастают число и интенсивность горных ударов внезапных выбросов угля, пород, газа и др. При углублении горных работ на каждые 30 м для угленосных и 45-50 м для рудоносных отложений температура повышается на 1°С. 2. Форма месторождения. От форм месторождения зависит принимаемая схема его вскрытия, технологические схемы ведения горных работ, обводненность и др. 3. Физические и механические свойства полезного ископаемого. Физические свойства породы – это специфическое ее поведение при воздействии определенных внешних физических полей или тел. Физическое свойство породы оценивается несколькими показателями, которые называются параметрами и являются количественной мерой свойства. В соответствии с классификацией, принятой в физике горных пород, основными группами физических свойств, в зависимости от вида внешнего физического поля, считаются: плотностные, механические, тепловые, электрические, магнитные, волновые, радиационные, гидрогазодинамические. Механические свойства горных пород характеризуют изменения формы, размеров и сплошности горных пород под воздействием механических нагрузок, которые возникают в результате действия естественных или искусственных факторов. 4. Состав и строение пород. Горные породы по составу и строению весьма разнообразны. Насчитывается свыше 4000 различных пород, свойства которых зависят от их минералогического состава и структуры. Свойства пород учитываются при выборе оборудования, типа взрывчатых веществ, схем расположения скважин и шпуров, на методы взрывания оказывают влияние трещиноватость и пористость, вязкость, пластичность, упругие показатели, пределы прочности горных пород. 5. Обводненность месторождений. Это насыщенность массива из горных пород подземными водами, которая определяет величину ожидаемого притока воды в выработки и осложняет ведение горных работ. Подземная разработка обводненных месторождений может сопровождаться внезапными прорывами воды и плывунов, пучением почвы, обрушением кровли; открытая разработка – оползнями и др. Критерием оценки степени обводненности месторождения является тип месторождения по обводненности. Для каждого из выделенных типов месторождений по этому фактору разработаны методы расчета водопритоков в выработки, инженерные мероприятия по защите их от воды и снижению отрицательного влияния подземных и поверхностных вод на условия ведения горных работ. Содержание в породах и поступление воды в горные выработки определяется величиной коэффициента водообильности шахты – количество воды (кубические метры), которое выдается из шахты водоотливными установками на 1 т добычи полезного ископаемого в течение года. Для разных шахт коэффициент водообильности изменяется от десятых долей до 35 и более. 6. Экологические условия. При строительстве и эксплуатации горных предприятий нарушается рельеф местности, изменяются состав и режим поверхностных и подземных вод, загрязняется водный и воздушный бассейны и меняется продуктивность почв. В результате этого первоначальная (естественная) экологическая система окружающего района претерпевает значительные изменения. Нарушаются ее энергетика, естественный круговорот веществ, биохимические и другие процессы. Эти условия учитывают при комплексном решении вопросов взаимодействия горных предприятий с окружающей природной средой и создании рационального функционирования природно-промышленных систем разного уровня. Следует разрабатывать и практически осуществлять технически возможные, экономически необходимые и целесообразные мероприятия, обеспечивающие рациональное использование и охрану природных ресурсов с учетом интересов настоящих и будущих поколений. 7. Газовыделения при разработке месторождений. При ведении горных работ происходит выделение газов в атмосферу шахты или карьера. В угольных шахтах источники газовыделения: разрабатываемые, смежные подрабатываемые или надрабатываемые пласты угля и пропластки, вмещающие породы. Выделяются газы (в основном метан и углекислый) через свободную поверхность пласта и из отбитого угля. В условиях шахтной разработки рудных, соляных и нефтяных месторождений происходит выделение газов, содержащих взрывоопасные углеводородные компоненты (метан и его гомологи, водород, пары бензина), а также вредных ядовитых газов (углекислого, сероводородного, окиси углерода, окислов азота, акролеина). Источники выделения углеводородных газов (до 2000-3000 м3/сут) – осадочные породы, вредных и ядовитых – горное оборудование с двигателями внутреннего сгорания, взрывные работы. Основные источники газовыделения в карьерах: вмещающие породы и полезные ископаемые, горное оборудование и взрывные работы. Газовыделение из полезных ископаемых и вмещающих пород связано в основном с окислительными процессами, особенно при разработке месторождений сульфидных руд и углей. Для очищения горных выработок от газообразных продуктов и пыли, образующихся при работе горных машин, выполнении взрывных работ и других производственных процессах, от углекислого газа, а также для снижения температуры воздуха и обеспечения его нормального состава служит проветривание. В карьерах для снижения поступления вредных газов вскрытые участки изолируют от доступа окислителей; производят химическое ингибирование, интенсификацию выемки окисляющихся участков полезных ископаемых. Угольное месторождение, если оно достаточно велико, делят на несколько участков – шахтных полей. Запасы угля каждого шахтного поля, предназначенного для строительства отдельной шахты, должны быть достаточны для эксплуатации в течение 40-50 лет. Строительство шахты начинают с закладки стволов, что улучшает ее вентиляцию. Ствол шахты – это обычно вертикальная, а иногда и наклонная выработка, проходящая через толщину горных пород. В отдельных случаях (в горных районах) вместо стволов проходят штольни – горизонтальные или близкие к горизонтальным выработки, выполняющие функции обычных стволов (вскрытие угольного пласта, связь подземных выработок с поверхностью, вентиляцией шахты и т.д.). Проходка стволов глубиной в десятки и сотни метров в настоящее время механизирована. Созданы буровые машины, позволяющие проходить (пробуривать) стволы диаметром 5-6 м. Главный, или подъемный, ствол современной крупной шахты имеет круглое, реже эллиптическое сечение. Его диаметр зависит от мощности (производительности) шахты. Ствол является капитальным сооружением, срок службы которого равен сроку эксплуатации шахты. Поэтому его прочно закрепляют бетоном и железобетоном, что обеспечивает длительность и безаварийность службы ствола. Шахтный ствол обычно делят по вертикали на четыре отделения. В одном отделении устанавливают две подъемные клети для спуска и подъема отдельно людей и материалов; в другом отделении монтируют подъемники для грузов – угля и пустой породы; третье отделение оборудовано лестницами с площадками, оно служит запасным выходом на случай какой-либо аварии подъемного механизма; в четвертом отделении размещают трубы для откачки воды из шахты и для подачи сжатого воздуха, электрические и телефонные кабели. Внизу около ствола, в том месте, где от него начинаются горизонтальные выработки, сооружают большой околоствольный двор. Здесь перегружают добытый уголь из вагонеток или с транспортеров в загрузочные бункера подъемных машин и размещают группу выработок – подземных камер, имеющих различное назначение. В них устанавливают насосы, откачивающие воду, располагают ремонтные мастерские, депо для электровозов, электрическую подстанцию, подземный медпункт и т.п. От околоствольного двора начинают проходку капитальных горизонтальных выработок; при этом возможны разные варианты в зависимости от того, как залегают угольные пласты, где расположены стволы шахты. Если угольные пласты лежат горизонтально или с небольшим уклоном (пологопадающие пласты), то стволы могут быть пройдены до глубины, находящейся между верхним и нижним пластами. В этом случае для вскрытия пластов проходят капитальные горизонтальные откаточные квершлаги. Это горизонтальная горная выработка, пройденная вкрест простирания пласта. По простиранию угольного пласта проходит главный или откаточный штрек, связывающий околоствольный двор с местами добычи угля. Вниз по падению пласта от штрека проходят наклонные выработки, которые называют уклонами; вверх по пласту от штрека идут бремсберги. По уклонам и бремсбергам добытый уголь соответсвенно поднимают или опускают к главному штреку, паралельно бремсбергам и уклонам проходят грузовые (для доставки грузов) и вентиляционные ходки. Если шахту строят для разработки наклонных и крутопадающих пластов, то капитальные горизонтальные выработки проходят иначе. В данном случае ствол шахты может дойти до одного из угольных пластов, либо его закладывают в стороне от них. От ствола до угольных пластов по пустой породе прокладывают одну или на определенном расстоянии одну над другой несколько горизонтальных выработок – квершлаги. Такая система квершлагов позволяет из одного ствола открыть доступ к двум, трем и большему числу наклонных или крутопадающих пластов угля и исключает необходимость проходки отдельного ствола к каждому пласту. После вскрытия угольного пологого или наклонного пласта при помощи квершлага по нему прокладывают штрек, а от него – уклоны и бремсберги. Ствол, окоствольный двор, главный откаточный штрек, квершлаги, уклоны и бремсберги являются основными капитальными сооружениями шахты и должны служить десятки лет. Они требуют прочного крепления бетоном и железобетоном, металлическими арками. Иногда для крепления капитальных выработок применяют и наиболее прочные чугунные тюбинги. По завершению основных капитальных выработок начинают проводить ряд транспортных и вентиляционных штреков, между которыми по пласту нарезают разрезные печи для монтажа оборудования для выемки угля, работы по разделению угольного пласта на отдельные участки, с тем чтобы добычу угля можно производить одновременно с различных сторон. После этого, если одновременно завершен монтаж всех механизмов и оборудования, начинают нормальную эксплуатацию участков шахты. Уголь выбирают начисто, и поэтому такие работы называют очистными, а место, где их производят, – очистным забоем или лавой. При строительстве и эксплуатации шахты приходится откачивать воду, проникшую в подземные выработки. Мощные насосы за сутки откачивают из шахты тысячи кубических метров воды. Из отдельных выработок вода по отдельным канавкам стекает в центральный водосборник, расположенный вблизи околоствольного двора, откуда насосами откачивается на поверхность. Для нормальной работы шахты требуется наличие в ней хорошо действующего подземного транспорта, бесперебойной вентиляции и хорошего освещения. Кроме сложного подземного оборудования, каждая шахта имеет также многочисленные сооружения и механизмы на поверхности. К ним относится надшахтное здание с высокой металлической вышкой – копром, подъемные машины, компрессоры, вентиляторы, электроподстанции, электромеханические мастерские, склады готовой продукции и др., без которых невозможна нормальная работа шахты. Жизненный цикл шахты рассмотрим на рисунке 1.  Рисунок 1 – Жизненный цикл шахты В жизненном цикле шахты существует несколько этапов, и каждому присущи свои виды работ и технологические особенности. Не смотря на то, что путь развития каждой шахты уникален, существует несколько общих этапов, свойственных всем горнодобывающим объектам. Этап 1: Разведка – 7-10 лет На первом этапе разведки полезных ископаемых, исследования проводятся методом бурения. Проводят исследование больших участков земли, оценивая месторождение с воздуха или проводя геологические изыскания. После обработки полученных данных начинаются более подробные исследования точечных областей. Для углубленных исследований геологи и изыскатели проводят расчистку участков и взятие образцов породы. Если вероятность обнаружения полезных ископаемых достаточно высока, тогда компания «столбит место» оформляя его в собственность; затем участок продают горнодобывающим компаниям для последующей разведки и добычи. Следующим этапом исследования является исчерпывающий анализ выделенной области. Этот процесс включает в себя полное исследование образцов руды, геологические исследования, картирование для установления размера и формы месторождения, алмазное бурение (часто на больших глубинах) для добычи образцов, и экологические исследования. Полевой лагерь может быть установлен на любом этапе исследования, но, как правило, его ставят, когда к разработке привлечено достаточно большое количество людей. Этап 2: Строительство — 5-10 лет Строительство рудника начинается с предварительной разведки и оценки потенциальной шахты геологами, горными инженерами и металлургами. Специалисты производят глубокое бурение и взятие проб. Затем применяют тяжелую технику и строят подъездные дороги. В процессе испытаний производят оценку качества и количества минералов. Исследования финансового рынка и рынка полезных ископаемых позволяют определить экономический потенциал шахты. После проведения экологической экспертизы «Предварительное технико-экономическое» исследование считается завершенным. И заключительным этапом фазы исследования, является принятие решения о целесообразности начала полномасштабного строительства. Если строительство признано перспективным, приступают к проектированию карьера. Для разработки месторождения горнодобывающая компания должна обеспечить достаточное количество необходимых ресурсов. Финансовое обеспечение имеет жизненно-важное значение для проекта, поскольку строительство шахты является очень дорогим удовольствием. На этом этапе производится оформление необходимых лицензий и проведение переговоров, как с администрацией, так и с потенциальными покупателями продукции. После того как все необходимые разрешения собраны, а шахта и попутные сооружения спроектированы, создается план закрытия шахты и рекультивации месторождения. Этап 3: Добыча — 2-20 лет Третий этап жизненного цикла шахты – эксплуатация, на этом этапе цикла проводится наем и обучение штата сотрудников. Маркетинговая деятельность компании направляется на продажи в сегменте возможных клиентов и учреждений. Цикл производства на шахте предполагает добычу руды, обогащение руды, удаление отходов и отгрузку готовой продукции. Если по мере своего существования шахта начинает расти, требуется производить новые пробы грунта, бурение, планирование и проектирование. Этап 4: Закрытие шахты — 2-10 лет И конец многоступенчатого процесса — закрытие шахты. Первые мероприятия по выводу шахты из эксплуатации включают в себя: вывоз оборудования, демонтаж сооружений и безопасное закрытие всех горных выработок. Затем мелиорация земли вовлеченной производство и восстановление месторождения. Мониторинг является заключительным этапом закрытия шахты. В период мониторинга проводятся экологические экспертизы и структурный контроль. 4 ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ Самые глубокие шахты мира находятся: В ЮАР: «Тау-Тона», «Витватерсранд» — глубина более 4,5 км, «WesternDeepLevelsMine» («Западная шахта глубокого залегания») — 3,9 км (компания Де Бирс), «Шахта Мпоненг» — 3,8 км. Шахтерам приходится работать в экстремальных условиях. Жара доходит до 60 градусов, и на такой глубине постоянно существует опасность прорыва воды и взрывов. В этих шахтах добывают золото. Для сравнения, самые глубокие шахты на территории России добывают уголь с глубины чуть более 1200 метров. Самые глубокие шахты: Украины: «Гвардейская» (Кривой Рог) (1615 м), «Шахтёрская-Глубокая» (1386 м), «Прогресс» (Торез) (1340 м), им. Скочинского (1200 м), им. Бажанова (Макеевка) (1200 м), «Стаханова» (1150 м); России: «Черёмуховская-Глубокая ОАО «Севуралбокситруда» (Свердловская область) (1550м), «Ново-Кальинская ОАО «Севуралбокситруда“» (Свердловская область) (1400м), «Комсомольская» (Воркута) (1200м). Самые крупные шахты: в СССР: 4РУ РУП ПО «Беларуськалий» (г. Солигорск, проектная мощность 15 млн.тонн/год); на Украине: «Красноармейская-Западная № 1» (проектная мощность 2,2 млн т в год, фактическая — свыше 6 млн т в год). в России: «Распадская» (фактическая добыча 8 млн т в год). Самые старые шахты мира: Самой старой шахтой считается рудник Нгвеня (англ. NgwenyaMine) расположенный вблизи от северо-западной границы Свазиленда. Самая древняя действующая шахта находится в Голландии. Уголь в ней начали добывать в 1113 году. Эта шахта до сих пор эксплуатируется, и до недавнего времени в ней добывали значительную часть голландского угля. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Угольная промышленность – одна из ведущих отраслей ТЭК. Уголь используют как технологическое сырье (в виде кокса) в черной металлургии и химической промышленности (коксовые газы) для производства минеральных удобрений и пластмасс, а также уголь используют как энергетическое сырье для производства электроэнергии на ТЭС, для отопления жилищ. Общие геологические запасы угля в России оцениваются в 4 трлн тонн. В России сосредоточено 12% мировых запасов угля. До революции Россия занимала 6 место в мире по добыче и 20% потребляемого угля закупала за границей (в основном из Германии). Бывший СССР занимал 1-ое место по добыче и экспорту угля. Россия занимает 4-ое место в мире (1-ое — Китай, потом США, ФРГ) по добыче каменного угля. Среди отраслей ТЭК угольная промышленность находится в наиболее кризисном состоянии. Угольной промышленности предстоит болезненная реконструкция, убыточные и неперспективные шахты (42 из 236) будут закрыты. В настоящее время государственная корпорация «Рос уголь» разрабатывает план оптимизации отрасли и пути перехода ее к рыночным отношениям, будет происходить дальнейшее акционирование предприятий и их объединение. Угледобыча будет сохранена, но на новых условиях, следовательно, на данный период главными задачами являются: стабилизация уровня добычи угля, привлечение инвестиций государства и кредитов МБРР, внедрение новых технологией. В перспективе необходимо осуществлять структурную перестройку отрасли, снизить издержки на добычу, сократить число убыточных предприятий, увеличить мощность на действующих эффективных предприятиях. Огромное внимание уделяется совершенствованию технологий подземной добычи угля, которая обеспечивала бы высокую эффективность выемки пластов, рациональность использования запасов и безопасность работ на шахтах. ЛИТЕРАТУРА Батицкий В.А., Куроедов В.И., Рыжков А.А. «Автоматизация производственных процессов и АСУТП в горной промышленности», 2015 Демин В.В. «Лабораторный практикум по рудничной автоматике и телемеханике» М.; Недра, 2016 Гаврилов П.Д., Гимелъшейн Л.Я., Медведев А.Е. «Автоматизация производственных процессов», 2017 Гетопанов В.Н. Горные и транспортные машины и комплексы. М., «Недра». 1991. Лиратов И.И., Шумовский О.П., Ковалевский В.Ф. «Справочник механика шахты» М.; Недра, 2015 Медведев Г.Д. «Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий», 2015 Нормы выработки для угольных шахт, 2014 Нормативы нагрузки на очистные забои действующих угольных шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизированной выемки. М., МУП. 2016. Поспелов Л.П. «Основы автоматизации производства.» М.; Недра, 2015 Правила технической эксплуатации угольных шахт. М.; Недра, 2014 Правила, безопасности в угольных шахтах. Астана, 2018 Организация, планирование и управление производством в горной промышленности. Под ред. Н.Я. Лобанова. М., Недра, 2019 Отраслевая методика определения плановых и фактических показателей экономической эффективности внедрения научно-технических мероприятий в угольной промышленности. М., 2017 |