Короткі відомості з історія видобутку вугілля
ЗМІСТ
ВСТУП ................................................................................................................................................................................. 4
Розділ 1. Загальні питання технології видобутку вугілля................................................... 5
1.1. Короткі відомості з історія видобутку вугілля....................................................................................... 6
1.2. Короткі відомості про вугільні родовища України............................................................................... 8
1.3. Вуглевидобуток в Україні та перспективи його розвитку.............................................................. 11
1.4. Утворення родовищ корисних копалин................................................................................................... 12
1.5. Утворення вугілля.............................................................................................................................................. 13
1.6. Елементи залягання вугільних пластів і рудних тіл......................................................................... 15
1.7. Головні технологічні властивості гірничих порід і масивів......................................................... 19
1.8. Шахта, шахтне поле, запаси........................................................................................................................ 24
1.9. Ділення шахт на категорії за метаном................................................................................................... 26
1.10. Гірничі виробки.................................................................................................................................................... 27
Розділ 2. Проведення та кріплення гірничих виробок............................................................. 32
2.1. Прояви гірського тиску у одиночній виробці........................................................................................ 33
2.2. Форми і розміри поперечного перетину виробок. Конструкції кріплення................................ 34
2.3. Способи і схеми будівництва виробок..................................................................................................... 43
2.4. Проведення горизонтальних виробок буропідривним способом................................................. 43
2.5. Проведення виробок за допомогою гідромеханізації...................................................................... 57
2.6. Проведення виробок за допомогою комбайнів................................................................................... 59
2.7. Проведення горизонтальних виробок у неоднорідних породах.................................................. 62
2.8. Особливості будівництва похилих виробок.......................................................................................... 65
2.9. Проведення стволів........................................................................................................................................... 66
Розділ 3. Технологічний комплекс поверхні шахти................................................................ 69
Розділ 4. Приствольний двір............................................................................................................................. 72
Розділ 5. Підготовка шахтних полів........................................................................................................ 77
5.1. Розподіл шахтного поля на основні частини...................................................................................... 78
5.2. Класифікація способів підготовки............................................................................................................ 81
5.3. Поверховий спосіб підготовки.................................................................................................................... 82
5.4. Панельний спосіб підготовки....................................................................................................................... 83
5.5. Погоризонтний спосіб підготовки............................................................................................................. 85
5.6. Спосіб підготовки головними штреками............................................................................................... 87
5.7. Комбінований спосіб підготовки............................................................................................................... 88
Розділ 6. Розкриття шахтних полів........................................................................................................... 89
6.1. Фактори, що впливають на спосіб розкриття. Вимоги до способів розкриття...................... 90
6.2. Основні способи розкриття............................................................................................................................ 90
6.3. Розкриття вертикальними стволами......................................................................................................... 91
6.4. Розкриття похилими стволами................................................................................................................... 95
6.5. Розкриття штольнями....................................................................................................................................... 98
6.6. Комбінований спосіб розкриття.................................................................................................................. 99
6.7. Число стволів та їх розміщення в шахтному полі........................................................................... 100
Розділ 7. Системи розробки пластових родовищ....................................................................... 104
7.1. Загальні відомості.......................................................................................................................................... 105
7.2. Вимоги до систем розробки........................................................................................................................ 105
7.3. Фактори, що впливають на вибір системи розробки........................................................................ 106
7.4. Класифікація систем розробки вугільних пластів........................................................................... 109
7.5. Суцільні системи розробки.......................................................................................................................... 110
7.6. Стовпові системи розробки......................................................................................................................... 115
7.7. Комбіновані системи розробки................................................................................................................. 118
7.8. Загальні поняття про системи розробки потужних пластів........................................................ 120
Розділ 8. Очисні роботи...................................................................................................................................... 125
8.1. Виймання вугілля............................................................................................................................................ 126
8.2. Доставка вугілля в лавах............................................................................................................................. 133
8.3. Кріплення очисних вибоїв............................................................................................................................ 134
8.4. Управління гірничим тиском в очисному вибої................................................................................ 136
Розділ 9. Підземний транспорт.................................................................................................................... 149
9.1. Рейковий транспорт........................................................................................................................................ 150
9.2. Конвеєрний транспорт.................................................................................................................................. 153
Розділ 10. Шахтний підйом................................................................................................................................ 157
Розділ 11. Рудникова атмосфера. Способи провітрювання гірничих виробок. 162
11.1. Шахтне повітря................................................................................................................................................. 163
11.2. Рух повітря в гірничих виробках. Вентиляційні пристрої. Провітрювання виробок.......... 171
Розділ 12. Особливості розробки рудних родовищ...................................................................... 179
12.1. Загальні положення........................................................................................................................................ 180
12.2. Технологічні схеми основних виробничих процесів при виїмці руди.................................... 183
12.3. Системи розробки рудних родовищ........................................................................................................ 188
Розділ 13. Поняття про розробку корисних копалин відкритим способом.......... 206
13.1. Принцип відкритої розробки........................................................................................................................ 207
13.2. Елементи уступу............................................................................................................................................. 208
13.3. Етапи відкритої розробки............................................................................................................................. 209
13.4. Переваги і недоліки відкритого способу розробки........................................................................... 220
Розділ 14. Збагачування вугілля.................................................................................................................. 222
14.1. Загальні відомості про копальневі вугілля......................................................................................... 223
14.2. Вуглезбагачувальні фабрики...................................................................................................................... 225
14.3. Вуглеприйом і підготування вугілля до збагачення...................................................................... 229
14.4. Грохочення вугілля......................................................................................................................................... 233
14.5. Роздрібнення вугілля...................................................................................................................................... 239
14.6. Падіння твердих тіл у середовищі........................................................................................................... 242
14.7. Гідравлічна класифікація............................................................................................................................ 243
14.8. Фракційний аналіз і збагаченність вугілля.......................................................................................... 246
14.9. Основи гравітаційного збагачення вугілля......................................................................................... 250
14.10. Збагачення у важких середовищах........................................................................................................ 251
14.11. Збагачення вугілля відсадженням.......................................................................................................... 256
14.12. Збагачення вугілля у протитечних гравітаційних апаратах...................................................... 261
14.13. Флотація вугілля.............................................................................................................................................. 262
14.14. Звезводнювання продуктів збагачення................................................................................................ 268
14.15. Фільтрування продуктів флотації і шлама.......................................................................................... 272
14.16. Сгущення шламів і освітлення оборотної води................................................................................ 274
14.17. Знепилювання, знешламування і пиловловлення........................................................................... 276
14.18. Сушіння вугілля................................................................................................................................................ 277
Розділ 15. Освітлення підземних виробок........................................................................................... 279
Розділ 16. Охорона праці і техніка безпеки......................................................................................... 282
16.1. Відомості про правила охорони і техніки безпеки на підземних гірничих роботах....... 283
16.2. Засоби індивідуального захисту робітників, що працюють на підземних роботах........ 285
16.3. Правила поводження з електроустаткуванням................................................................................ 285
16.4. Поведінка людей під час аварії................................................................................................................ 286
Література......................................................................................................................................................................... 288
ВСТУП
Курс «Основи гірничого виробництва» ставить перед собою мету зобразити студентові молодших курсів ескізну панораму складної схеми підземного видобутку вугілля шахтою від розкриття пластів, їхньої підготовки і видобутку вугілля до видачі його на поверхню, збагачення і відправлення його споживачеві.
Ця ескізна панорама на старших курсах буде поповнена вивченням п'ятнадцяти спеціальних дисциплін, що цілком завершать підготовку гірського інженера-технолога або гірського електромеханіка.
Таким чином, курс «Основи гірничого виробництва» є абеткою гірської справи, фундаментом для наступного вивчення спеціальних дисциплін і складається з їхніх основ. Цим порозумівається його складність, як у викладенні, так і в освоєнні.
Основою для підготовки даного навчального посібника послужили лекції, що читаються викладачами кафедри розробки пластових родовищ Красноармійської філії Донецького національного технічного університету.
Посібник підготовлений під загальною редакцією доц. Носача О. К.
Окремі глави і частини посібника підготовлені:
Носач Олександр Костянтинович, доцент, к.т.н. – вступ, 6
Костоманов Панас Іванович, професор, к.т.н. – 1, 3, 4, 9, 10 та 13
Ляшок Ярослав Олександрович, доцент, к.т.н. – 8
Нестеренко Василь Миколайович, доцент, к.т.н. – 11
Булава Юрій Іванович, доцент, к.т.н. – 12
Попов Юрій Іванович, доцент, к.т.н. – 15
Присяжний Дмитро Миколайович – 5, 7
Ісаєнков Олександр Олександрович – 13, 14
Рязанцева Надія Арсентіївна – 1
Бачурін Леонід Леонідович – 2, оформлення і верстка
Розділ 1. Загальні питання технології видобутку вугілля
Короткі відомості з історія видобутку вугілля
У більшості країн вугілля є основною енергетичною сировиною.
Згадування про вугілля знаходимо у Аристотеля (340 рік до н. е.); про використання «гірничої речовини» в ковальській справі писали Теофраст і Пліній (320 рік до н. е.). Скоріш всього це було буре вугілля, що видобувається на півночі Греції або в Італії (в Лігурії). В Китаї про вугілля знали ще раніше. У II віці до н. е. китаєць Лю Ан описав застосування вугілля для виплавлювання міді, випалювання фарфору, випарювання солі і окалювання. Китайське вугільне родовище Фушунь розроблялося вже за 1000 років до н. е.
В середні віки перші згадки про вугілля відносяться до X сторіччя у зв’язку з видобутком його у Саксонії. У 1113 році згадується про розробки родовища у Аквізграні, а з 1183 року – у Шефілді (Англія). В XIII сторіччі почато видобуток вугілля у Бельгії. Початок експлуатації родовища у Сілезії відноситься до кінця XV сторіччя.
За відомостями археологів, населення на території нинішнього Донбасу було знайоме з властивостями кам’яного вугілля ще в бронзовому віці (кінець VI – початок I тисячоліття до н. е.). У процесі розкопок на місці мідних розробок біля Артемівська було знайдено куски вугілля.
Перші офіційні відомості про наявність вугілля в Росії надійшли в XVII віці з Якутії і України. Щодо донецького вугілля відомий вислів Петра I (1696 рік): «Сей минерал, если не нам, то нашим потомкам зело полезен будет».
У 1721 році піддячий Г. Капустін підтвердив наявність промислових скупчень кам’яного вугілля поблизу річки Сіверський Донець.
Перші розробки вугілля в Росії для промислових цілей розпочато за наказом Петра I у Донбасі. В районі урочища Скелевате (25 км на північний схід від Артемівська) і річки Білинка 50—60 км на північний схід від Артемівська) у 1723 році було споруджено шахти. Гірничі роботи виконувались під керівництвом М. Вепрейського і С. Чиркова. Вугілля використовувалось для випарювання солі з ропи і в ковадлах.
У 80-90-х роках XVIII сторіччя гірничий чиновник М. Аврамов відкрив нові чисельні скупчення кам’яного вугілля, у тому числі і в районі Лисячої балки (Лисичанськ). З цього часу почалося інтенсивне промислове освоювання Донбасу, яке було обумовлене необхідністю забезпечення вугіллям Чорноморського флоту (з 1789 року) і Луганського ливарного заводу (з 1796 року).
У XVIII сторіччі почали розроблятись також Кузнецький, Кизеловський басейни, у XIX віці – родовища Підмосков’я, Грузії, Сахаліну, Караганди, Челябінську, Дальнього Сходу, Іркутського і Ленського басейнів.
Загальні ресурси вугілля в світі становлять 9440 млрд. т. Переважна частина вугілля зосереджена в Азії (54 %) та Америці (30 %), 90 % загальних ресурсів твердого палива зосереджено в п’яти країнах: колишній СРСР – 6806 млрд. т., США – 3600 млрд. т., Китай – 1465 млрд. т., Австралія – 783 млрд. т., Канада – 582 млрд. т, Україна – 115 млрд. т.
Всього в світі відомо понад 2900 вугільних басейнів і родовищ.
На 1.01.2003 року видобуток вугілля в Донбасі здійснюють 38 структурних підрозділів, які об’єднують 169 шахт і 3 розрізи з виробничою потужністю 98,835 млн. т вугілля на рік. З них 62 шахти видобувають коксівне вугілля з виробничою потужністю 39,34 млн. т. Антрацити відробляє 41 шахта з загальною потужністю 22,815 млн. т.
Промислові запаси по діючим шахтам – 7247 млн. т, розкриті – 2222 млн. т, підготовлені – 248 млн. т. На більшості шахт розкриті запаси відроблено.
В державних підприємствах «Укрвуглереструктуризація», «Луганськвуглебудреструктуризація» і в «Углеторфреструктуризація» налічується 119 технічних одиниць без виробничих потужностей, що будуть закриті в найближчий час (112 шахт і 7 розрізів). З них шахти, що видобували кам’яне вугілля – 106, в тому числі антрацити – 34; буре вугілля – 13 (6 шахт і 7 розрізів). більшість шахт, що закривається (98), розташовані в Донбасі. в роботі залишається 154 шахти. При цьому шахт з виробничою потужністю 1 млн. т на рік і більше – всього 30.
Таким чином, забезпеченість промисловими запасами діючих шахт у Донбасі відносно невисока (особливо по Донецькій області).
На 2000 рік практично відробили свої запаси 91 шахта з загальною виробничою потужністю 44 млн. т. В основному це невеликі, нетипові шахти з середньою потужністю 500 тис. т вугілля на рік.
Найбільшими запасами володіють «Донецьквугілля», «Добропіллявугілля», «Красноармійськвугілля» (4,38; 3,3; 1,7 млрд. т), причому розкриті запаси складають більше 30 %, а відроблені – менше 50 % (крім «Донецьквугілля»). Більше 1 млрд. т запасів мають також «Селидіввугілля», «Макіїввугілля», «Торезантрацит» (разом з «Сніжнянськантрацит»), але менше 50 % запасів з підготовлених відроблено лише у «Макіїввугіллі» і «Торезантрациті». Решта регіонів («Селидіввугілля», «Совєтськвугілля», «Артемвугілля», «Дзержинськвугілля», «Орджонікідзевугілля», «Жовтеньвугілля», Шахтарськантрацит») розкриті і підготовлені запаси практично відробили і без будівництва нових шахт, або реконструкції старих з прирізкою запасів, видобуток вугілля в цих регіонах згасає. в 2003 році в цілому по Донбасу вибуває 98 (40 %) шахт, в тому числі по Донецькій області – 57 (40 %), по Луганській області – 41 (41 %). Найбільш вибуває антрацитових шахт (45 %). Крім того на антрацитових шахтах практично відсутній резерв для нового шахтного будівництва.
Значні можливості будівництва шахт і підготовки нових ділянок мають по газовому коксівному вугіллю виробничі об’єднання: «Павлоградвугілля», «Донецьквугілля», «Красноармійськвугілля».
Найбільші перспективи розвитку вуглевидобутку пов’язані з енергетичним вугіллям марок Д і Г (Петриківський, Новомосковський, Лозовський, Старобельський вугленосні райони).