Горная выработка шахты – это пустота, которая образуется под землей вследствие проведения горных работ. Подобные работы осуществляются во время добычи полезных ископаемых или прочих горнотехнических мероприятий.
Виды горных выработок
Существует несколько классификаций горных выработок. По углу, составляемому продольной осью выработки выделяется:
Штреки — это горизонтальные горные выработки, которые проводятся по залеганию наклонно расположенного месторождения. Угол наклона составляет от 0 до 3°. Орты — горизонтальные выработки не выходящие на поверхность. Угол наклона более 3°. Проводятся такие выработки вкрест залегания месторождения. Их устраивают для разработки крупных пластов или рудных залежей. При помощи ортов соединяются пластовые (рудные) штреки. К наклонным выработкам относят:
Реализация горных работ должна осуществляться по предварительно составленному графику цикличности, который обеспечивает высокую скорость при комплексной механизации деятельности, а также увеличение производительности труда.
Все подземные горные выработки обязательно имеют крепи, которые удовлетворяют необходимым техническим, производственным, а также экономическим требованиям. Крепи горных выработок бывают:
Деревянные крепежные материалы характеризуются довольно высокой прочностью и упругостью. Наиболее подходящими для таких работ являются лесоматериалы хвойных сортов. Уровень влажности должен находиться в пределах 10-15%. Для того, чтобы увеличить период эксплуатации все лесоматериалы обязательно пропитывают специальными вещества. Металлические материалы вследствие высокого уровня прочности, долговечности, огнестойкости, и возможности повторного применения пользуются большой популярностью при креплении горных выработок. Бетонные крепления характеризуются сводчатой формой и используются для выработок околоствольного двора, а также в камерах, квершлагах, которые имеют большой срок службы и значительное горное давление. Смешанная крепь включает два и более типа. При значительных пролетах выработок и высоком вертикальном давлении, но низком периоде службы применяют металлические верхняки со стойками из лесоматериалов. При устройстве капитальной выработки в условиях отсутствия бокового давления используют металлические верхняки из двутавра вместе с вертикальными стенами из камня. Очень популярна сегодня крепь из трубчатых железобетонных стоек, имеющая верхняки из двутавровых металлических балок №16-20. Создание постоянной крепи, выемка полезных ископаемых и вывоз породы по завершению взрывной деятельности осуществляется под защитой предохранительной крепи. Анкерную крепь отличает от других типов тот факт, что устойчивость пород около выработки достигается не строительством поддерживающих конструкций внутри выработки, а при помощи наращивания несущей способности пород с помощью скрепления отдельных слоев анкерами. Анкерная крепь – это система закрепленных в скважинах анкеров, которые находятся в определенной последовательности по периметру подземной горной выработки. Они необходимы для того, чтобы сделать массив породы более прочным и увеличить ее устойчивость.
Горная выработка: определение понятия и классификация
Горное дело – это человеческие работы, что связаны с проведением исследований, освоения и использования недр нашей Земли.
Горная выработка – определение в геологии полости в части земной коры или на ее поверхности, полученной искусственным путем. Если говорить о назначении горных выработок, то делаются они с целью провести геологические процессы или другие горнотехнические работы.
Разновидности горных полостей
Разработка горных выработок проводится для определения месторождения полезных ископаемых. Насчитывается определенное количество классификации горных выработок.
По углу, что оставляет продольная ось выделяют такие виды горной выработки:
Помимо вышеперечисленного выработки разделяют на:
Рассмотрим часть вышеперечисленных типов горных выработок конкретнее.
Шурф – это название выработки малых глубин имеющей сечения в виде прямоугольника. Необходимость в шурфах в том, что они помогают в вентиляции и поднятии инструментов на поверхность.
Горизонтальная подземная горная выработка (глухая) – чаще всего штольни, орты и штреки. Штольни протяженные, напрямую проложены прямо к самому месторождению. Штольни выходят на земную поверхность. И их назначение помогать обслуживать шахтные работы под землей. Они бывают: главными и дополнительными, а также вентиляционными.
Штреки — это горизонтальная подземная горная выработка, что проводится по месторасположению залеганий расположенных под уклоном от 0 до 3°.
Орты — не выходят на поверхность, с углом уклона более чем 3°. Монтируются обычно вкрест месторождению. Монтаж таких выработок проводят для разработки больших пластов или же рудных залежей. С помощью ортов крепят рудные штреки.
Ниша – углубленное, специально созданное, камерной формы место на шахтах, для скрытия людей, оборудования и техники от движущегося по горной выработке транспорта.
К наклонной подземной горной выработке относится:
Ниже приведена схема, где указаны элементы наименования выработок.
Крепеж горных полостей
Абсолютно все выработки оснащены наличием крепежа, который должен удовлетворять всем техническим и производственным нормам.
Проводят такое деление крепей:
Характеристика крепежных элементов из дерева отличается высоким показателем прочности и хорошей упругостью. Самыми подходящими является древесина хвойных видов деревьев. Уровень влажности должен быть 10-15 процентов. С целью увеличения времени эксплуатации дерево подвергают специальным пропиткам.
Крепежные материалы из металла, благодаря высочайшему показателю прочности, долгого срока эксплуатации и огнеупорности, используют достаточно часто.
Крепеж из бетона круглого вида и применим для: камеры, квершлагов, с большим эксплуатационным периодом и высоким давлением.
Существует и смешанной формы крепеж шахты включающий в себе 2 и более типа.
Рассматривая анкерный крепеж стоит заметить, что конструкция обустроена в скважинах анкеров, распределенных по границе подземных горных выработок в нужной последовательности. Это необходимо для увеличения показателя прочности массива породы, а также увеличить основные параметры устойчивости.
Осуществление горных рабочих процессов должны проводиться по изначально утвержденному плану с определенными последовательностями. Что обеспечит высокую производительность при общей автоматизации производства, а также существенно улучшит продуктивность труда.
Рис.2. К определению положения пласта в толще земной коры
горные работы – работы по выемке полезного ископаемого или породы.
горные выработки – полости, которые образуются в толще земной коры в результате ведения горных работ. Горные выработки весьма разнообразны по своей форме, размерам, назначению и положению в пространстве (рис.3). Горные выработки, предназначенные для подготовки и разработки полезных ископаемых подземным способом, по положению в пространстве разделяются на вертикальные, горизонтальные и наклонные (рис.4).
Рис.3. Классификация горных выработок
Перечислим виды вертикальных горных выработок:
· шахтные стволы (рис.4, поз.1 и 2) – вертикальные выработки, имеющие непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенные для обслуживания подземных работ. Различают главные, вспомогательные и вентиляционные;
· гезенк (рис.4, поз.3) – выработка, не имеющая непосредственного выхода на дневную поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхнего горизонта на нижний, для передвижения людей, канализации воздуха и пр.;
· шурф (рис.4, поз.4) – выработка небольшого сечения глубиной до 50-60 м, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для разведки полезного ископаемого или обслуживания подземных работ;
Рис.4. Расположение горных выработок
· скважина – выработка, пройденная выбуриванием горных пород, имеет круглое сечение диаметром от 0,04 до 2 м.
Среди горизонтальных горных выработок выделим следующие:
· штрек (рис.4, поз. 5) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по простиранию пласта или залежи полезного ископаемого. В зависимости от назначения штреки подразделяются на откаточные (5) и вентиляционные (6), которые, в свою очередь, могут быть пластовыми и полевыми;
· квершлаг (рис.4, поз.7) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по породам вкрест простирания или под углом к простиранию месторождения. Откаточные и вентиляционные квершлаги выполняют те же функции, что и штреки;
· просек (рис.4, поз.8) – выработка, проводимая параллельно штреку по пласту полезного ископаемого и используемая для проветривания штреков при их проведении и для транспортировки полезного ископаемого;
· штольня – горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения, целей вентиляции, водоотлива и разведки;
· орт – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, проводимая в толще полезного ископаемого и служащая для соединения штреков, проведенных у кровли и почвы пластов.
В группу наклонных горных выработок входят следующие:
· бремсберг (рис.4, поз.9) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, расположенная по падению пласта или пород и предназначенная для спуска различных грузов при помощи механических устройств;
· уклон (рис.4, поз.10) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, пройденная по падению пласта или пород и предназначенная для подъема различных грузов с нижних горизонтов на верхний;
· ходок (рис.4, поз.11) – выработка, проводимая параллельно уклону или бремсбергу на расстоянии 20-30 м и предназначенная для проветривания, перевозки людей и грузов;
· печь (рис.4, поз.12) – выработка, проводимая по восстанию пласта и предназначенная для проветривания, передвижения людей, транспорта грузов и подготовки очистного забоя (разрезная печь);
· лава (рис.4, поз.13) – выработка, имеющая забой значительной протяженности, перемещающийся в результате ведения работ (выемки полезного ископаемого).
· околоствольный двор (руддвор) – комплекс выработок (служебные камеры, участки квершлагов или штреков и др.), расположенных около шахтных стволов и предназначенных для обслуживания подземных горных работ.
Рис.5. Поперечные сечения горных выработок
Формы поперечного сечения выработок зависят от физико-механических свойств пород, срока службы, назначения, а также свойств материала крепи.
Наиболее распространенной формой поперечного сечения вертикальных стволов является круглая, реже прямоугольная или квадратная. В качестве крепи применяют монолитный бетон, железобетонные стальные или чугунные тюбинги (для стволов круглой формы поперечного сечения) и дерево для стволов прямоугольной и квадратной форм поперечного сечения.
Горизонтальным и наклонным выработкам при деревянной крепи придают форму прямоугольника или трапеции (рис.5, а, б), при бетонной – сводчатую форму (рис.5, в); при металлической – арочную (рис.5, г), при сборной железобетонной – полигональную (рис.5, д).
Выработки должны иметь такую площадь поперечного сечения, которая обеспечила бы перемещение по ним воздуха со скоростями, не превышающими допустимые по правилам безопасности:
прочие горные выработки, проводимые по углю и породе
лавы (рабочее пространство очистных забоев)
Для облегчения выбора размеров поперечного сечения выработок проектными организациями разработаны типовые сечения горизонтальных и наклонных горных выработок практически для любых горно-геологических условий, видов крепи и транспортного оборудования.
Шахта (рудник) – горное предприятие, осуществляющее добычу угля, руд и нерудных полезных ископаемых подземным способом. Понятием шахта объединяют наземные сооружения и совокупность подземных горных выработок.
шахта «Распадская» (Кузбасс) – самая крупная среди угольных шахт России – имеет проектную мощность 7,5 млн т в год; годовая проектная мощность железорудной шахты «Гигант» (Кривой Рог) 12 млн т. Наибольшая глубина ведения горных работ по добыче угля достигнута в Индии (1600 м), добыча железных руд в Кривом Роге в ближайшие годы будет производиться на глубинах более 1500 м.
Самые глубокие шахты в мире по добыче золота, серебра и алмазов находятся в Индии («Чемпион-Риф») и ЮАР («Витватерсланд» и др.); их глубина достигает 4,5-5 км.
шахтное поле – часть месторождения, отведенная для разработки одной шахте. Границами шахтного поля являются условные поверхности, ограничивающие его по простиранию и падению (рис.6). В случае негоризонтального залегания обычно различают границы по восстанию (верхняя граница), падению (нижняя граница) и простиранию (боковые границы).
Шахтное поле имеет два размера: длину по простиранию и ширину по падению. Длина шахтного поля по простиранию достигает 20 км, по падению 4-5 км.
Рис.6. Шахтное поле: а – план; б – вертикальный разрез вкрест простирания
1 – выход пласта под наносы; 2 – границы шахтного поля; 3 – по линии А–А;
Горная выработка — искусственная полость, сделанная в недрах земли или на поверхности.
Подземные горные выработки, независимо от наличия непосредственного выхода на поверхность, имеют замкнутый контур поперечного сечения. Выработки, расположенные на поверхности земли имеют незамкнутый контур поперечного сечения (канава, траншея).
В зависимости от назначения, различают горные выработки разведочные и эксплуатационные. Первые используют для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, вторые — для разработки месторождений, то есть для извлечения полезных ископаемых из недр. Эксплуатационные выработки, в свою очередь, в зависимости от назначения разделяются на вскрывающие, подготавливающие и очистные.
Вскрывающие выработки служат для вскрытия шахтного поля.
Подготовительные выработки сооружаются для подготовки шахтного поля к разработке.
В очистных выработках непосредственно ведется добыча полезных ископаемых в промышленных масштабах.
В зависимости от того, по каким породам пройдены выработки, они разделяются на пластовые и полевые. Первые проводятся по пласту полезного ископаемого, вторые по пустым породам.
В зависимости от соотношения между площадью поперечного сечения выработки и её продольным разрезом, различают выработки протяжённые и объёмные. В зависимости от положения в пространстве, протяжённые горные выработки разделяются на горизонтальные, наклонные и вертикальные.
Работы, производимые при добыче полезного ископаемого или породы, называют подземными горными работами. В результате ведения проведения горных выработок в толще земной коры образуются пустоты (искусственные полости), которые называют подземными горными выработками.
Подземные горные выработки весьма разнообразны по своей форме, размерам, назначению и положению в пространстве. Различают выработки открытые, расположенные у земной поверхности и имеющие незамкнутый контур поперечного сечения, и подземные с замкнутым контуром поперечного сечения, расположенные на некоторой глубине от поверхности. Среди подземных выделяют протяженные, очистные выработки и камеры. Протяженные подземные горные выработки имеют обычно большую длину и незначительные размеры поперечного сечения. По положению в пространстве они разделяются на вертикальные, горизонтальные и наклонные.
Вертикальные горные выработки (рис. 1.3). Шахтные стволы — выработки, имеющие непосредственный выход на земную поверхность и предназначенные для обслуживания подземных работ. В зависимости от назначения стволы могут быть главными, вспомогательными и вентиляционными.
Главный ствол служит для подъема угля и породы на поверхность; вспомогательный — используют для спуска и подъема людей, машин, материалов, выдачи породы; вентиляционный — предназначен для подачи в шахту свежего или выдачи из шахты загрязненного воздуха.
Шурф – выработка небольшого сечения и длиной до 50-60 м, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для разведки полезного ископаемого или для обслуживания подземных работ: спуска крепежного леса, вентиляции, подачи закладочного материала и др. Шурф, в отличие от ствола, обычно не оборудован механическим подъемом, но имеет специальное отделение с полками и лестницами, используется в качестве запасного выхода.
Штрек (см. рис. 1.3) – выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проводимая по простиранию пласта или залежи полезного ископаемого. При горизонтальном залегании месторождения штрек проводят в любом направлении, так как горизонтальные пласты или залежи не имеют ни простирания, ни падения. Штрек, проводимый по породам или по пласту нерабочей мощности, называют полевым. В зависимости от назначения штреки подразделяются на откаточные и вентиляционные. Откаточные штреки служат для транспортирования полезного ископаемого, пропуска свежего воздуха, передвижения людей, стока воды и др.
Вентиляционные выработки (вентиляционный штрек) — предназначены для отвода исходящей струи воздуха, транспортирования грузов (лесных и прочих материалов, породы) и передвижения людей.
Квершлаг – выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проводимая по пустым породам вкрест простирания или под углом к простиранию месторождения. Квершлаги разделяют на откаточные и вентиляционные; они выполняют те же функции, что и штреки.
Просека – выработка, проводимая параллельно штреку по пласту полезного ископаемого, иногда с небольшой подрывкой вмещающих пород (на тонких пластах). Просек используется при проветривании забоя штрека в период его проведения, а также для транспортирования угля.
Бремсберг (см. рис. 1.3) —выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, расположенная по падению пласта или пород, предназначенная для спуска различных грузов при помощи механических устройств.
Уклон – выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, расположенная по падению пласта или пород и предназначенная для подъема различных грузов с нижних горизонтов на верхний. В качестве механических устройств, для спуска груза по бремсбергам, а также для подъема груза по уклонам применяют ленточные конвейеры, канатный подъем в вагонетках или скипах
Ходок – выработка, предназначенная преимущественно для канализации воздуха, перевозки людей и грузов (породы, материалов, оборудования). В связи с этим их делят на людские и грузовые. Ходки обычно проводят параллельно бремсбергу или уклону на расстоянии 20—30 м от них. Ходок — горизонтальная или наклонная выработка, соединяющая служебную камеру с протяженной горной выработкой.
Скат – выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, расположенная по падению пласта или пород и предназначенная для спуска полезного ископаемого под действием собственного веса. Скаты проводят на месторождениях, угол падения которых достаточен для обеспечения движения полезного ископаемою самотеком. Перечисленные выше наклонные выработки (бремсберги, уклоны, ходки и др.), так же как и штреки, могут проводиться как по пласту, так и по пустым породам.
Рудоспуск – наклонная (или вертикальная) горная выработка, предназначенная для перепуска руды под действием собственного веса. Восстающий – наклонная (или вертикальная) выработка, пройденная по рудному телу или пустым породам и предназначенная для подготовки блоков, проветривания, спуска закладочных материалов, передвижения людей, а также для разведочных целей.
Печь – выработка, проводимая по восстанию пласта и предназначенная для проветривания, передвижения людей, а также для транспортирования грузов. Чаще всего печь соединяет откаточный штрек с просеком. Печь, проводимую по полезному ископаемому между откаточным и вентиляционным штреками для подготовки очистного забоя, называют разрезной печью.
Очистные выработки. Выработку, предназначенную для добывания полезного ископаемого, называют очистной. На угольных шахтах к очистным выработкам относят лавы, камеры и скважины.
Лава – подземная очистная выработка большой протяженности, один бок которой образован поверхностью массива полезного ископаемого (забоем лавы), а другой — обрушенными породами выработанного пространства (реже — закладочного массива). Под угольным забоем подразумевается поверхность полезного ископаемого, ограничивающая лаву и перемещающаяся в результате ведения горных работ. Лава имеет минимум два выхода на обслуживающие ее подготовительные транспортную и вентиляционную выработки, расположенные на концах угольного забоя.
Очистная камера — выработка с забоем небольшой протяженности (до 12—16 м), ограниченная по бокам массивом или целиками угля. Целик – часть залежи или пласта полезного ископаемого, оставляемая нетронутой при разработке месторождения для охраны горных выработок, наземных сооружений, управления горным давлением и для других целей. От очистных камер следует отличать служебные камеры, которые предназначены для установки оборудования, а также для производственных, хозяйственных и санитарных целей. Обычно служебные камеры располагают возле главного ствола в околоствольном дворе.
Околоствольный двор – комплекс выработок (служебные камеры, участки квершлагов, штреков, а также других протяженных выработок), расположенных около шахтных стволов и предназначенных для обслуживания подземных горных работ.
Горные выработки, кроме рассмотренной, классифицируются по основному технологическому назначению, а именно: для осуществления технологической связи поверхности с комплексом подземных сооружений; для осуществления технологической связи внутри комплекса подземных сооружений и, наконец, для обеспечения технологических процессов. К первой группе относятся стволы, штольни, шурфы и скважины. Ко второй — гезенки, слепые стволы, горизонтальные и наклонные выработки, а также сопряжения горных выработок и транспортных звеньев. К третьей – камеры и сооружения различного назначения (вентиляционные, закладочного хозяйства и др.).
Рис.4. Расположение горных выработок
