Кафедра «Шахтное и подземное строительство»

Требуш Ю.П.

СТРОИТЕЛЬНАЯ

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ

Строительство подземных

Горных выработок

Конспект лекций

Красноярск 2012

Часть 1. Общие сведения

Горное дело зародилось в глубокой древности и относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающих существование и уровень развития цивилизации.

Горное дело, как область промышленного производства, охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, их разработку, первичную переработку добываемого минерального сырья, строительство горных предприятий и подземных сооружений различного назначения.

Горнодобывающая промышленность, как составная часть горного дела имеет целью добычу и первичное обогащение полезных ископаемых. Она поставляет минеральное топливо – уголь, торф, нефть, газ, горючие сланцы, различные руды, горнохимическое сырьё, строительные материалы и др.

Развитие горнодобывающей промышленности играет большое значение в экономике государства, определяет его самостоятельность и обороноспособность.

Для горнодобывающей промышленности характерны:

· огромное влияние на окружающую среду, что создает экологические проблемы при освоении месторождений полезных ископаемых;

· постоянное перемещение рабочего места, что предъявляет особые требования к средствам механизации и автоматизации производства;

· постоянное увеличение глубины горных работ, что обусловливает ухудшение горно – геологических условий разработки, возможность возникновения газодинамических явлений, рост температуры рудничной атмосферы.

Все это создает предпосылки к снижению комфортности и повышению опасности труда.

Горнодобывающие предприятия:

Шахта - горное предприятие, ведущая разработку полезного ископаемого подземным способом.

Обогатительная фабрика – горное предприятие, ведущее переработку полезного ископаемого (обогащение).

Разрез, карьер - горное предприятие, ведущая разработку полезного ископаемого открытым способом.

Рудник - горное предприятие, включающее несколько ….

Горные породы

Горные породы - природные минеральные агрегаты, слагающие оболочку (литосферу) Земли. Свойства горных пород обуславливаются их составом и строением. К физическим свойствам относятся такие параметры, как: плотность, упругость, прочность, тепловые, магнитные, электрические и прочие свойства. Горнотехнические свойства – это крепость, абразивность, твердость, буримость, взрываемость и пр. Изменение одних свойств, ведет к изменению других свойств.

Пример: увеличение пористости ведет к снижению плотности, прочности, упругости, теплопроводности, водопроницаемости и пр.

Горные породы под действием сил земного притяжения находятся в сжатом напряженном состоянии, которое до проведения выработки является равновесным и устойчивым. Пустоты, образованные в результате горных работ, нарушают это равновесие. В массиве, окружающем выработку, возникают напряжения – неуравновешанные силы, которые называют горным давлением. Горное давлении проявляется: в виде прогиба, растрескивания и обрушения горных пород, стреляния, вывала бортов выработок, пучения почвы, горных ударов.

Свойства горных пород – горнотехнологические параметры – используются для расчетов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих. К ним относятся: строение и сложение пород, слоистость, прочность, крепость, пористость, вязкость, упругость, твердость, абразивность, пластичность, хрупкость, буримость, разрыхляемость и др. Строение и физические свойства горных пород обуславливают безопасное и эффективное ведение горнопроходческих и очистных работ. Состояние и свойства пород определяют способ проведения выработок, тип и плотность крепи подготовительных выработок. Проявление горного давления и устойчивость выработок в значительной степени зависит от плотностных, водно – физических, прочностных и деформационных свойств пород. Плотностные свойства – это плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес, насыпная объемная масса и пористость. В свою очередь пористость определяет водопоглащение, водопроницаемость, газопроницаемость, прочность. Вводно-физические свойства горных пород – естественная влажность, водопоглащение, размокаемость, размягчаемость, разбухаемость.

Крепость горных пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Предел прочности горных пород на одноосное сжатие (в кг/см²) деленное на 100 или в МПа/10. Пример: если предел прочности крепкого каменного угля на одноосное сжатие 150 кг/см2 разделим на 100, то получим коэффициент крепости по шкале Протодьконова равным 1,5. Обозначается латинской буквой "f ".

Горные выработки

Горные выработки – пустоты, образованные в угле или породе в результате горных работ. Они предназначены для транспортирования полезного ископаемого, материалов и оборудования, для вентиляции и водоотлива, для передвижения людей, для установки машин и механизмов, для размещения складов, для добычи полезного ископаемого и пр.
Начало горной выработки – называется устьем, а конец её – забоем.
По своему положению в пространстве горные выработки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и наклонные.

Горизонтальные выработки

К горизонтальным горным выработкам относятся штольни,квершлаги, штреки, просеки, орты и др.

Горизонтальные выработки имеют наклон не более 3° с целью обеспечения самотека воды.

Штольня — горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для разведки или вскрытия месторождения полезного ископаемого.

Тоннель — выработка, имеющая выход на поверхность с двух концов. Это сквозная выработка, служащая для.транспортных целей.

Квершлаг — горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проводимая вкрест простирания горных пород.

Штрек — горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проводимая по простиранию горных пород при наклонном залегании, а при горизонтальном — в любом направлении.

Штреки бывают главные, откаточные, вентиляционные, промежуточные,конвейерные и пр. Штреки, проведенные по пустым породам, называются полевыми.

Рис. 1. Горные выработки:

1 - вертикальный ствол; 2 - восстающий; 3 - шурф; 4 - штольня; 5 - квершлаг,

6 - полевой штрек; 7 - рудный штрек; 8 - орт; 9 - околоствольный двор;

10 – слепой вертикальный ствол; 11 – слепой наклонный ствол

Просек — горизонтальная горная выработка, проводимая параллельно штреку обычно без подрывки боковых пород, предназначенная для осуществления нарезных работ или проветривания штреков в период их проходки. На тонких пластах осуществляют присечку боковых пород.

Орт — горизонтальная горная выработка, проводимая в мощных пластах или рудных залежах в пределах их горизонтальной мощности.

Сбойка — горизонтальная выработка, проводимая между расположенными радом наклонными выработками. Форма поперечного сечения горизонтальных выработок может быть различной — прямоугольной, трапециевидной, косоугольной, сводчатой, круглой и пр.

Камерами называют горные выработки, имеющие значительные размеры поперечного сечения, но сравнительно небольшую длину, и предназначенные для установки в них машин, электрооборудования и других целей. В зависимости от назначения камеры имеют свои наименования, обычно их устраивают в околоствольном дворе.

Околоствольным двором называют совокупность горных выработок, находящихся вблизи шахтных стволов и соединенных с ними, предназначенных для транспортных и других операций, обеспечивающих бесперебойную работу шахты. В околоствольные дворы с поверхности по стволам поступают порожние вагонетки, материалы для крепления горных выработок и оборудование, а по горизонтальным горным выработкам прибывают составы вагонеток с углем и породой для выдачи их на поверхность. В околоствольном дворе находятся камеры: электроподстанции, насосной, электровозного депо, противопожарных материалов (аварийный склад), медпункта, диспетчера, ожидания и др.

Наклонные горные выработки, их назначение

Рис. 2. Горные выработки

1-уклон; 2-ходок при уклоне; 3-очистной забой; 4- ходок при бремсберге;

5- бремсберг; 6- сбойки; 7- угольный пласт; 8-наклонный ствол;
9-углеспускная печь; 10- воздухоподающая печь; 11- пластовый скат; 12- полевой скат.

Наклонный ствол - выработка, имеющая выход на поверхность. Предназначен для подъема полезного ископаемого на поверхность, вентиляции, водоотлива, подвода электро и пневмоэнергии, доставки оборудования, передвижения людей.

Бремсберг - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная по падению или по восстанию пласта и служит для транспортировки полезного ископаемого сверху вниз, вентиляции, подвода электроэнергии, воды, передвижения людей, доставки оборудования.

Уклон - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная по падению или по восстанию пласта, служащий для транспортировки полезного ископаемого снизу вверх, вентиляции, подвода электроэнергии, воды, передвижения люде и доставки оборудования.

Ходок - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная параллельно бремсбергу ( уклону) на расстоянии 20-40 м служит для передвижения людей, доставки материалов и оборудования, вентиляции и других целей.

Скат - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройдена по падению пласта, служит для спуска полезного ископаемого сверху вниз под действием собственного веса. Скат сооружают для движения угля или породы вниз самотеком ( 30 - 350 и более).

Печь - выработка, не имеющая выхода на поверхность, проводимая по пласту, предназначена для монтажа очистного оборудования, проветривания, передвижения людей и грузов, подвода электро и пневмоэнергии. Печь, предназначенная для монтажа очистного оборудования, называется разрезной.

Вертикальные горные выработки, их назначение

Рис. 3. Горные выработки

Ствол (3)- выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначена для обслуживания подземных работ. В зависимости от назначения стволы бывают главными, вспомогательными, вентиляционными, воздухоподающими.

Главный ствол - служит для подъема полезного ископаемого на поверхность и других целей.
Вспомогательный - для спуска и подъема людей, материалов, оборудования, выдачи породы, подвода электроэнергии, сжатого воздуха, воды.

Вентиляционный - для подачи в шахту свежего или отвода из шахты загрязненного воздуха. выработка небольшой глубины, Ствол оборудуют механизированным подъемом.

Шурф (4) - имеющая выход на поверхность. Служит для вентиляции и других вспомогательных целей. Шурфы используют как запасные выходы.

Гезенк (2)- выработка, не имеющая выхода на поверхность. Служит для спуска угля из вышележащих выработок под действием собственного веса, передвижения людей, вентиляции, подвода электроэнергии и др.

Слепой ствол (1) - выработка, не имеющая выхода на поверхность. Предназначена для подъема угля, вентиляции, спуска-подъема людей, оборудования, подвода электроэнергии, воды и др.

Скважина (5)- выработка, пройденная путем выбуривания горных пород, диаметром более 75мм и длиной более 5 м. Скважины бывают вентиляционными, лесоспускными, доставочными и др. Такие скважины бурят как с поверхности, так и из горных выработок.

Шпур - выработка, пройденная путем выбуривания горных пород, диаметром менее 75мм или длиной менее 5 м.

1.4. Элементы залегания

Пласт-тело плитообразной формы, состоящее из сравнительно однообразной горной породы.

Простирание – направление линии пересечения плоскости пласта с горизонтальной плоскостью.

Падение- направление линии, лежащей в плоскости пласта и перпендикулярной линии простирания, а линия наз. линией падения.

Угол падения - угол, образованный плоскостью пласта с горизонтальной плоскостью.

Породы, в которых залегает угольный пласт – называют вмещающими или боковыми породами.

Породы, находящиеся над пластом называют кровлей, или висячим боком.
Породы, находящиеся под пластом называют почвой или лежачим боком.
Мощность пласта – расстояние по нормали между почвой и кровлей.