Месторождения полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Значение горной промышленности в развитии народного хозяйства нашей страны трудно переоценить. Добыча руд, минерального топлива, сырья для химической промышленности, стройматериалов, минеральных удобрений и других полезных ископаемых обеспечивает технический прогресс в индустрии и сельском хозяйстве, укрепляет экономику и повышает благосостояние народа.

Объектом производственной деятельности горных предприятий являются месторождения полезных ископаемых. Основной задачей разведчиков недр является открытие месторождений для горной промышленности, определение количества и качества полезного ископаемого и изучение геологических и гидрогеологических условий его залегания.

На различных стадиях поисков и разведки месторождений полезных ископаемых на земной поверхности и в глубине недр производятся горные работы, обеспечивающие получение наиболее полной и достоверной информации о месторождениях.

Промышленные предприятия, предназначенные для разработки месторождений полезных ископаемых, называются горными предприятиями. Под разработкой (эксплуатацией, добычей) понимают совокупность производственных процессов, связанных с наиболее эффективным извлечением полезных ископаемых из земных недр. Конечным результатом эксплуатационных (добычных) работ является по возможности полная выемка из земных недр полезного ископаемого.

Месторождения полезных ископаемых могут разрабатываться двумя способами: подземным (когда добычные работы ведутся под толщей перекрывающих пород) и открытым (при производстве добычных работ на земной поверхности с предварительным удалением пород, перекрывающих месторождение).

Производственная единица горного предприятия, осуществляющая добывания полезных ископаемых подземным способом, называется шахтой. Рудником называется совокупность шахт, объединенных одним административным хозяйственным руководством.

Под карьером понимают производственную единицу горного предприятия, осуществляющую добывание полезных ископаемых открытым способом. Горное предприятие, осуществляющее разработку россыпного месторождения, называют прииском.

В результате горных работ в земной коре образуются полости, называемые горными выработками.

Совокупность производственных операций, осуществляемых для устройства в земной коре горной выработки, называют проведением или проходкой горной выработки.

По своему назначению горные выработки разделяют на разведочные и эксплуатационные; первые предназначаются для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, вторые - для разработки. В некоторых случаях грань между разведочными и эксплуатационными выработками исчезает, так как при разработке месторождения осуществляется непосредственно в процессе его разведки.

Разведочные горные выработки, или разработка месторождения осуществляется непосредственно в процессе его разведки.

Разведочные горные выработки по сравнению с эксплуатационными обычно имеют меньшие размеры и сроки использования.

В зависимости от расположения по отношению к земной поверхности различают открытие и подземные горные выработки. Открытые горные выработки имеют незамкнутый контур поперечного сечения вследствие примыкания их к земной поверхности; подземные горные выработки ограничены по всему контуру поперечного сечения горными породами.

Обеспечение безопасности горных работ при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых является одной из важнейших задач, стоящих перед инженерно-техническими работниками. В соответствии с законодательством издаются специальные правила безопасности и правила технической эксплуатации; как первые, так и вторые являются основными техническими документами, регламентирующими производственные процессы горных работ.

1. Общая часть

Рудничная крепь, шахтная крепь, крепь - искусственные сооружения, возводимые в горных выработках для предотвращения обрушения окружающих пород и сохранения необходимых размеров поперечных сечений, а также для управления горным давлением.

Горная крепь должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим требованиям: поддерживать выработку в рабочем я безопасном состоянии в течение всего срока ее службы:

быть экономичной, т.е. чтобы сумма затрат на изготовление (возведение), эксплуатацию и ремонт была минимальной;

быть простой в изготовлении, транспортабельной, удобной для обслуживания, иметь устойчивую рабочую характеристику, не загромождать выработку, оказывать минимальное сопротивление движению воздуха, быть огнестойкой.

Горная крепь подразделяется:

по основному материалу - на деревянную, металлическую (из стали, легких сплавов), каменную (из естественных и искусственных камней), бетонную, железобетонную (монолитную, из отдельных блоков или элементов), смешанную;

по роду выработок - на крепь капитальных, подготовительных, нарезных и очистных, горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок;

по сроку службы - на временную и постоянную;

по форме - на трапециевидную, прямоугольную, арочную, кольцевую; замкнутую и незамкнутую по периметру выработки;

по характеру работы - на жесткую, податливую (постоянного и нарастающего сопротивления), шарнирную, комбинированную (шарнирно-податливую).

Временная Горная крепь - крепь, устанавливаемая в выработке до возведения постоянной крепи. Применяется обычно при проведении капитальных выработок, закрепляемых каменной, бетонной или железобетонной постоянной крепью, так как возведение последней вслед за продвижением забоя мешает работам по выемке и погрузке породы в забое. Временная крепь выполняется в виде деревянных или инвентарных облегченных металлических рам, устанавливаемых вслед за продвижением забоя. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород применяется затяжка кровли и боков выработки обаполами, горбылями или досками.

Временной крепью поддерживается участок длиной 40-60 м, а далее она заменяется постоянной Горной крепью.

Жесткая Горная крепь - крепь, не имеющая податливых или шарнирных узлов; деформации ее в период эксплуатации не должны выходить за пределы упругости. Примером жесткой Горной крепи может служить бетонная и железобетонная крепь.

Индивидуальная Горная крепь - крепь очистных выработок, состоящая из отдельных, не связанных между собой конструктивно рам или стоек, переставляемых вслед за продвижением забоя.

Опережающая (забивная) Горная крепь - крепь, опережающая забой выработки. При проведении выработок по сыпучим или плывучим породам (песок, плывун) она выполняется в виде шпунтового ограждения, под защитой которого производится выемка породы (такая крепь часто называется забивной); при проведении выработки по пласту, опасному по внезапным

выбросам угля и газа, - в виде ряда стержней (труб, рельсов), вводимых в скважины и удерживающих массив угля над забоем выработки (такая крепь иногда называется потолочной).

Предварительная Горная крепь - настил из досок или металлической сетки, применяемый для разделения слоев при разработке мощных пластов полезного ископаемого слоевыми системами разработки. Настил, устроенный при выемке первого слоя, удерживает обрушенную породу или закладочный материал при выемке второго слоя; настил, устроенный при выемке второго слоя, удерживает обрушенную породу или закладочный материал при выемке третьего слоя и т.д.

Призабойная Горная крепь - крепь очистной выработки, устанавливаемая или передвигаемая вслед за продвижением забоя и служащая для поддержания кровли в рабочем пространстве очистной выработки.

Призабойные секции Горная крепь - секции механизированной крепи очистных выработок, выполняющие функции призабойной крепи.

Податливая Горная крепь - крепь, сохраняющая несущую способность при значительных изменениях ее размеров. Величину изменения размеров крепи (по высоте или по ширине выработки) в период податливости называют величиной податливости крепи.

Податливость крепи достигается за счет проскальзывания со значительным трением одного элемента крепи относительно другого (опускание с трением в клиновом замке выдвижной части стоек очистных выработок, взаимное смещение сегментов, стянутых хомутами арочной металлической крепи из проката желобчатого профиля и др.), опускания выдвижной части гидравлических стоек при срабатывании предохранительного клапана, смятия деревянных подкладок, клиньев или прокладок, заостренных концов деревянных стоек и др.

Посадочная Горная крепь (специальная) - крепь очистных выработок, устанавливаемая на границе с погашаемым выработанным пространством и служащая для управления обрушением или плавным опусканием кровли. Посадочная крепь, применяемая при управлении кровлей полным обрушением, иногда называется обрезной.

В качестве посадочной применяют органную, костровую, кустовую крепи, посадочные секции механизированной крепи, металлические посадочные стойки.

Эта крепь устанавливается параллельно линии забоя, на границе с погашаемым выработанным пространством, и передвигается (переносится) по мере продвижением забоя. Шаг передвижки крепи зависит от ее конструкции, технологии выемки угля и свойств пород кровли. Шаг передвижки посадочных секций механизированных крепей берется равным ширине вынимаемой узкозахватным комбайном ленты угля, т.е. 0,6-0,8 м, шаг передвижки посадочных стоек типа ОКУ берется равным 1,5-2 м, шаг переноски органной крепи - в зависимости от шага обрушения кровли и кратным продвижением очистного забоя за цикл очистных работ в лаве, обычно от 1,5 до 3,6 м.

Постоянная Горная крепь - крепь, поддерживающая выработку длительное время, обычно весь срок ее эксплуатации.

Смешанная (комбинированная) Горная крепь - крепь из различных крепежных материалов. Примерами смешанной крепи могут служить рамы из железобетонных трубчатых стоек и металлических верхняков, крепь в виде кирпичных или бетонных стоек с перекрытием из металлических балок и др.

Сплошная Горная крепь - крепь, полностью перекрывающая кровлю и бока выработки, а иногда и почву. Выполняется в виде: единой монолитной конструкции из бетона или железобетона: сборной конструкции из отдельных элементов.

2. Специальная часть. Крепление горизонтальных горных выработок древесиной

горный выработка рудничный крепь

Крепление горных выработок является наиболее распространенным способом их поддержания и представляет собой совокупность работ по возведению горной крепи.

Крепью называют искусственное сооружение, предназначенное для сохранения необходимых размеров выработок и предотвращения обрушения вмещающих пород.

Крепежные материалы - материалы, применяемые для изготовления крепи горных выработок. По назначению они классифицируются: основные, вяжущие и вспомогательные.

Основные - используются для несущих конструкций крепи - это дерево, металл, бетон, железобетон, камень, пластик.

Вяжущие - идут на приготовление растворов, бетонов и стеклопластиков (цемент, смола).

Вспомогательные - водоизоляционные материалы, химические реагенты, изделия из стали.

Требования к крепежным материалам - должны обладать высокой прочностью, быть устойчивыми против коррозии и гниения, иметь невысокую стоимость, не быть дефицитными и огнеопасными, противостоять воздействию подземных вод и шахтной атмосферы. Крепь - прочная, надежная, долговечная, занимать как можно меньше места, возможность механизации возведения, должна быть транспортабельной, нетрудоемкой при возведении, оказывать минимальное сопротивление воздуху, иметь минимальные затраты, огнестойкая. Материал крепи выбирают с учетом его огнестойкости, назначения и срока службы выработки, её поперечного сечения, величины и характера горного давления.

Деревянные крепи

Деревянная крепь - используют преимущественно хвойных пород.

Достоинства - небольшая масса, сравнительно небольшая стоимость, легкость обработки на рабочем месте. Простота конструкции, удобна в установке и транспортировке.

Недостатки - недолговечность (срок службы 2-3 года, иногда до 5 лет), опасность в пожарном отношении, меньшая прочность по сравнению с другими материалами.

Деревянная рамная крепь горных выработок

Соединение стоек с верхняком:

а) при давлении сверху;

б) при давлении сбоку;

в) при давлении сверху и сбоку;

г) крепление выработки в разбежку;

д.) крепление выработки сплошное;

1 - верхняк; 2 - стойка; 3 - Затяжка;

Сортамент пиленого материала:

а) распил;

б) брусья;

в) доски обрезные («затяжка»);

г) доски не обрезные («затяжка»);

д) обаполы (горбыли).

Рудничная стойка - круглый лесоматериал длиной от 0,5 до 5 м и толщиной в верхнем торце от 7 до 30 см.

Два сорта леса - круглый и пиленый (пластины, распилы, брусья, доски, обаполы). Если предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон принять за единицу, то при сжатии поперек волокон он будет равен 0,1 - 0,3, при растяжении вдоль волокон -2-3; поперек волокон -0,3-0,5. Т.е. прочность древесины колеблется в широких пределах. Её, как материал для крепи, применяют в основном при небольшом сроке службы подземных выработок или в качестве временной крепи до возведения постоянной из более долговечных материалов.

Деревянные крепежные рамы

а, в, г - неполные, б - полные

Основной конструкцией деревянной крепи является неполная крепежная рама (Рис. а, в, г). Состоит из верхняка 1, и двух стоек 2. Реже применяют полные крепежные рамы, Рис. б, когда добавляют четвертый элемент - лежень 3. Неполные крепежные рамы применяют в породах с f= 3-9, а полные - с f=1-2 и пучащих породах.

Крепежные рамы трапециевидной формы с горизонтальным верхняком и углом наклона стоек в раме 80-850 применяют при любом угле залегания пласта. До 20-250 рамы устанавливают с наклонным верхняком по кровле пласта Рис. в, при крутом залегании (более 550) - с горизонтальным верхняком и наклоном одной стойки по кровле пласта.

Соединение элементов крепи и узлы податливости деревянных рам

· а, б, в-стоек и верхняка в лапу;

· г - в паз; д - стоек и лежней в лапу;

· е - в зуб;

· ж - заострение стоек на конус;

· з - в виде клина.

Соединение элементов крепежной рамы должно быть прочным, точным и простым в исполнении. Еще это соединение называют замком.

Соединение в лапу, очень распространенный способ соединения верхняка со стойкой и лежнем. Это соединение выполняют в зависимости от горного давления. На рис показано направление стрелками направление горного давления и соответствующая ему конструкция в лапу.

Соединение в паз применяют только при вертикальном горном давлении. Остальные виды соединений (в шип, встык) применяются довольно редко.

Замки

Усиленные крепежные рамы

· 1 - ремонтина (средняя стойка);

· 2 - прогон;

· 3 - подкос;

· 4 - распорка.

При давлении с кровли - усиливают верхняк, а при всестороннем давлении - усиливают многоугольной крепью, устанавливаемой внутри обычной рамы.

Крепежные рамы являются жесткой крепью. При большом горном давлении, сопровождающимся опусканием кровли, возможно разрушение крепи. Это явление требует применения податливой крепи. Податливость достигается в ослабление отдельных элементов крепи и их разрушении, но без снижения несущей способности. Для деревянной крепи податливость достигается за счет заострения нижних концов стоек на «карандаш». Под действием горного давления концы стоек сминаются, и крепь при опускается (приседает).

Технология возведения деревянной крепи

Все работы в подготовительном забое, и в том числе возведение крепи, производятся согласно утвержденного паспорта. Вначале готовят место для установки крепи - очищают забой от нависших кусков руды и породы, производят разметку и устройство лунок для стоек или углубления для леженя. Глубина лунок от 5 см в крепких породах до 15 см в мягких породах. В лунки устанавливают стойки. Для удержания стоек в необходимом положении их раскрепляют с соседними рамами досками или строительными скобами. Стойки устанавливаются комлем вверх, чтобы обеспечить большую опорную площадь для верхняка и устранить распространение воды из лунки по капиллярам древесины по всей длине стойки. Накладывают верхняк. Раму выверяют по отвесам и вискам и тщательно расклинивают. Рамы устанавливают «сплошняком» или в «разбежку» - в соответствии с паспортом. Затем производят затяжку кровли и бортов выработки.

Пустоты между затяжкой и стенками выработки заполняют мелкой породой («забутовка»). Для обеспечения крепи продольной устойчивости между соседними рамами устанавливают в верхних углах и посредине стоек вдоль выработки распорки.

Полная крепежная рама:

1 - стойка;

2 - клинья;

3 - верхняк;

4 - затяжка;

5 - трап;

6 - лежень

Установка полной крепежной рамы отличается от установки неполной крепежной рамы тем, что работа начинается с укладки лежня в заранее приготовленные углубления (углубления должны быть равны половине или полной толщине лежня), а стойки устанавливают на лежень.

Охрана труда при креплении

Выработки крепятся в соответствии с утвержденными паспортами крепления. Горная крепь возводится в подземных выработках с целью управления горным давлением; предотвращает обрушение кровли и пучение окружающих горных пород; сохраняет необходимые размеры поперечного сечения выработок. Своевременно установленная и надежная крепь - одно из основных условий безопасной работы в подземных условиях. Для крепления горных выработок используются определенные сорта древесины, металл, бетон, железобетон.

Крепежный материал выбирают в зависимости от конструкции крепи, срока службы и назначения выработок, величины горного давления и условий работы крепи. Конструкции крепи зависят от типа, назначения, формы и размеров поперечного сечения выработки, величины горного давления и материала крепи. Деревянную крепь применяют при малом сроке службы выработки и небольшом горном давлении.

Основной конструкцией деревянной крепи горизонтальных и наклонных выработок является крепежная рама трапециевидной и реже прямоугольной формы. Крепежные рамы бывают неполными и полными.

Неполная крепежная рама состоит из двух стоек и одного верхняка. Полная крепежная рама, кроме того, имеет лежень. Полными рамами крепят выработки в малоустойчивых породах при слабой, склонной к вспучиванию почве.

Металлическая крепь применяется в капитальных и подготовительных горных выработках при различных геологических и горнотехнических условиях. Конструкции металлической крепи по форме подразделяют на арочные, трапециевидные и кольцевые, которые выполняются податливыми шарнирными и жесткими.

Наибольшее распространение имеет арочная податливая крепь из стали спецпрофиля и реже из рельсов и двутавровых балок. Она состоит из верхнего сегмента и двух боковых ножек.

Концы сегмента входят в ножки и зажимаются хомутами. Податливость крепи достигается за счет скольжения верхнего сегмента по ножкам. Величину податливости регулируют путем затяжки или ослабления хомутов.

На шахтах для крепления капитальных и подготовительных выработок применяют также штанговую крепь. Это крепь, предотвращающая обрушение горной выработки с помощью штанг, верхние концы которых закреплены в шпурах клиновыми замками или распорными головками.

При клиновом замке штанга закрепляется в шпуре в результате распора разрезанного верхнего конца штанги клином путем нанесения ударов по нижнему ее концу. При этом клин входит в щель штанги и прижимает ее концы к стенкам шпура. Крепление штанги в шпуре с помощью распорных головок достигается за счет раздвижки элементов ее головки во время завинчивания гайки на нижнем конце штанги.

Иногда для закрепления штанг используют цементный раствор или синтетические смолы. Выработки крепят также бетонной крепью, железобетонной и набрызг-бетонной.

Выработки крепятся всплошную и в разбежку. При креплении всплошную дверные оклады ставят вплотную друг к другу.

Такое крепление применяется в малоустойчивых породах, а крепление в разбежку - в крепких и устойчивых породах. Стойки крепи перед укладкой на них верхняка укрепляют скобами или расшивают досками. Перед установкой стойки крепи делают лунки.

Глубина лунок зависит от крепости пород почвы и бокового горного давления: при мягкой почве и боковом давлении лунки должны иметь глубину до 20 см, при твердой почве и отсутствии бокового давления - до 10 см. Глубина лунок со стороны водосточной канавки должна быть 30-35 см. При установке рамы в лунки ставят стойки, которые удерживают при помощи обаполов, прибиваемых к ним и к стойкам двух-трех ранее установленных рам. Проверив правильность вновь установленных стоек по соседним, укладывают на стойки переклад, пригоняют оба замка и в зазор между окладами и стенками выработки по углам забивают четыре клина. Затем обаполы удаляют и приступают к проверке правильности установки оклада, для чего из обоих замков опускают отвесы и по ним выравнивают оклад. Расстояние между арками устанавливаемой в разбежку арочной крепи указывается в паспорте крепления.

После проверки и подготовки выработки под крепь разделывают место под нижние прогоны и укладывают их. Устанавливают боковые ножки и скрепляют их стяжками с ранее установленной крепью, затем на ножки накладывают верхний сегмент. Сегменты к ножкам крепят только после проверки высоты арки и величины

напуска, которая должна быть равна 400 мм. Затем устанавливают хомуты, затягивают их гайки, арку присоединяют к соседней арке продольной стяжкой.

Хомуты полностью не затягивают: окончательно это делают после того, как крепь воспримет первичную нагрузку горного давления. Хомуты устанавливают на расстоянии 100 мм от концов соединений и 200 мм друг от друга.

Категорически запрещается ставить на соединениях только по одному хомуту, это приводит к перекосу соединяемых элементов крепи и разрыву хомутов. После установки комплекта крепи тщательно затягивают бока и кровлю выработки распилами, стойками или бетонными плитами и равномерно забучивают свободное пространство.

Тип затяжки крепи определяется паспортом крепления. Во время возведения бетонной крепи работающие находятся под защитой временной крепи.

Пустоты и зазоры между стенками выработки и бетонной крепью тщательно забучивают (нельзя закладывать пустоты лесоматериалами). Перед возведением бетонной крепи и установкой опалубки контактный провод обесточивают и демонтируют. Для ускорения схватывания в бетон добавляют от 4 до 6% хлористого кальция.

Поэтому рабочие, занятые на креплении выработок быстротвердеющим бетоном, для защиты рук от ожогов используют резиновые перчатки. Торкретбетон состоит из цемента, песчано-гравийного заполнителя с крупностью зерен не более 5 мм и воды. Применяется он для создания гидроизоляционных, огнестойких и антикоррозионных покрытий.

Наносят торкретбетон слоями толщиной 2-3 см. Набрызгбетон в отличие от торкретбетона содержит более крупный заполнитель (размер зерен до 25 мм) и добавки, ускоряющие твердение. Торкрет-и набрызгбетон могут наноситься на металлическую сетку или арматуру.

Толщина слоя набрызгобетона, наносимого за один прием, составляет 5 см. Каждый последующий слой наносится через 15-20 мин. Толщина покрытия 10-15 см обеспечивает создание прочной несущей крепи. Поверхность выработок, подлежащих креплению этими видами бетона, тщательно промывают. Рабочие, занятые на приготовлении бетонной смеси и обслуживании машин, работают в респираторах, защитных очках, резиновых перчатках и прорезиненной спецодежде.

Размещено на Allbest.ru