Основи технології гірничого виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: 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).

Короткі відомості про вугільні родовища України

Запаси вугілля в Україні зосереджені в трьох вугільних басейнах: Донецькому, Львівсько-Волинському, Дніпровському. В основному це кам'яне вугілля (91 %), і тільки 9 % бурого вугілля в Дніпровському басейні.

Донецький кам'яновугільний басейн - розташований на території Дніпропетровської, Донецької та Луганської областей. Загальна площа басейну 60 тис. кмІ.

Всього в Донбасі налічується до 300 вугільних пластів та прошарків. З них пласти потужністю 0,45-0,6 м складають від 40 до 60 %, пласти потужності 0,6-1,0 м -- 35-55 %, і потужністю більше 1,0 м всього 5-15 %. Від загальної кількості пластів в басейні розробляється всього 65. Геологічні запаси - 128 млрд. т.

Пласти вугілля переважно пологі і похилі. Крутосхилі і круті пласти зосереджені в центральному районі Донбасу. Середня глибина гірничих робіт наближається до 750 м. При цьому 20 % шахт розробляють пласти вугілля на відмітках нижче 1000 м.

За геолого-промисловими особливостями в межах Донбасу (Україна) виділено 20 вугленосних і геолого-промислових районів (рис. 1-1): Петриківський, Новомосковський, Павлоградсько-Петропавловський (Дніпропетровська область); Красноармійський, Південно-Донбаський, Донецько-Макіївський, Центральний, Чистяково-Сніжнянський, Амвросіївський, Північно-Західний (Донецька область); Лугансько-Старобельський, Лисичанський, Алмазно-Марьєвський, Луганський, Краснодонський, Селезнівський, Оріховський, Боково-Хрустальський, Должансько-Ровенський (Луганська область); Лозовський і частково Північно-Західний (Харківська область).

Старобельський, Амвросіївський, Лозовський, Новомосковський, Петриківський і Північно-Західний вугільною промисловістю ще не освоюються.

Найменш метаморфізоване буре вугілля технологічної групи Б-3 виділені у Петриківському вугленосному районі до глибини 600 м і на північному заході Старобельського вугленосного району. Вони слабо вивчені і ще не розробляються.

Вугілля марки Д (довгополуменеве) має широкий розвиток на півночі, заході і південному заході Донбасу. Розробляються у Лисичанському, на стику Красноармійського та Донецько-Макіївського геолого-промислових районів. Ще не освоєними районами з довгополуменевим вугіллям є Петриківський, Новомосковський, Лозовський і Старобельський.

Рис. 1_1 - Схема розташування виробничих об'єднань у Донецькому басейні:

І - Павлоградвугілля: 1 - ім. Героїв Космосу, 2 - Благодатна; 3 - ім. Ленінського Комсомолу, 4 - Самарська, 5 - Дніпровська, 6 - Західно-Донбаська 21/22, 7 - Західно-Донбаська 27/35-5, 8 - ім. з'їзду КПСС; ІІ - Добропіллявугілля: 9 - Красноармійська, 10 - Новодонецька, 11 - Білозерська, 12 - Алмазна; 13 - ДП "Шахта "Краснолиманська"; 14 - ГОАО "Вугільна компанія "Шахта "Красноармійська-Західна №1"; ІІІ - Красноармійськвугілля: 15 - ім. А.Г. Стаханова, 16 - Центральна; IV - Селидіввугілля: 17 - Росія, 18 - Україна; V - Донецьквугілля: 19 - Жовтневий рудник, 20 - ім. А.Ф. Засядько, 21 - ім. Є.Т. Абакумова, 22 - Трудовська, 23 - Лідієвка, 24 - Південно-Донбаська, 25 - ім. Героїв 9-ої стрілецької дивізії; VI- Макєєввугілля: 26 - ім. ХХV з'їзду КПСС, 27 - ім. В.М. Бажанова, 28 - ім. К.І. Поченкова, 29 - ім. А.Б. Батова; VII - Советськвугілля: 30 - Ясиновська-Глибока, 31 - ім. В.І. Леніна, 32 - Жовтнева, 33 - Холодна Балка 3-10; VIII - Жовтеньвугілля: 34 - Ждановська, 35 - Харцизька; ІХ - Шахтарськантрацит: 36 - Комсомолець Донбасу, 37 - ім. В.І. Чапаєва, 38 - Шахтарська-Глибока; Х - Торезантрацит: 39 - Прогрес; ХІ - Орджонікідзевугілля: 40 - ім. Карла Маркса, 41 - Красний Профінтерн; ХІІ - Артемвугілля: 42 - ім. К.Я. Румянцева, 43 - Комсомолець, 44 - ім. В.І. Леніна, 45 - Кочегарка; ХІІІ - Дзержинськвугілля: 46 - ім. К.Є. Ворошилова; XIV - Лісічанськвугілля; XV - Першотравенськвугілля: 47 - Горська, 48 - Карбоніт, 49 - Золота, 50 - Першотравенська; XVI - Стахановвугілля: 51 - ім. С.М. Кірова, 52 - ім. Ілліча, 53 - Криворізька; XVII - Луганськвугілля: 54 - Україна, 55 - Черкаська, 56 - Ворошиловоградська 1, 57 - ім. В.І. Леніна; XVIII - Краснодонвугілля: 58 - Самсоновська-Західна, 59 - Молодогвардійська, 60 - Суходольська, 61 - Суходольська-Східна; ХІХ - Донбасантрацит: 62 - Міусінська, 63 - Краснолучська; ХХ - Антрацит; ХХІ - Ровенькиантрацит: 64 - ім. В.В. Вахрушева, 65 - ім. М.В. Фрунзе, 66 - ім. ХХІІІ з'їзду КПСС, 67 - ім. Космонавтов; ХХІІ - Свердловантрацит: 68 - ім. П.Л. Войкова, 69 - Маяк, 70 - Одеська, 71 - Красний Партизан, 72 - ім. 60-річчя СРСР

Найбільш поширене вугілля марки Г (газове). Розробляється в Павлоградсько-Петропавлівському, Красноармійському, Донецько-Макіївському, Південно-Донбаському, Лисичанському, Алмазно-Мар'івському, Луганському і Краснодонському геолого-промисловому районах.

Цінне коксівне вугілля марок Гк, Ж, К, ОС розповсюджене у вигляді вузької стрічки шириною 15-20 км між районами малометаморфізованого вугілля (Д, Г) та високометаморфізованими антрацитами. Вони інтенсивно розробляються у Краснодонському, Алмазно-Мар'ївському, Центральному і Донецько-Макіївському геолого-промислових районах.

В південно-східній частині Донбасу поширені антрацити: Чистяково-Сніжнянський, Боково-Хрустальський, Должано-Ровенецький геолого-промислові райони. Між антрацитами і стрічкою коксівного вугілля знаходиться зона енергетично пісного вугілля (Т).

Запаси в межах Донбасу підраховані до глибини 1200-1500 м, а по окремим районам до 1800 і навіть 2000 м.

Загальні геологічні запаси 101,2 млрд. т, з них балансові категорій А+В+С₁+С₂ - 52,7 млрд. т, з них 48,7 % -- вугілля марок Д і Г, 10,1 % -- марки А, коксівне вугілля - 31,4 %, але дефіцитних марок (Ж, К, ОС) усього 12,6 %.

Видобуток коксівного вугілля і антрацитів знаходиться у явній невідповідності до запасів. Коксівного вугілля видобувається - 43,1 %, антрациту - 25,7 %. Забезпеченість досягнутого рівня вуглевидобутку (з урахуванням втрат) по цим маркам складає 70 років, тоді як по газовим - 250 років, по довгополуменевим - 1000 років.

Водомісткість пластів невелика. Приток води в шахти досягає від 100 до 300 мі/т.

Найбільшою метанообільністю характеризуються шахти Донецько-Макіївського і Центрального районів.

З глибиною розробки вугільних пластів різко зростає кількість пластів, що піддаються раптовим викидам вугілля і газу. На таких пластах розробку ведуть до 40 % шахт Донбасу.

Львівсько-Волинський басейн розташований на заході України в межах Львівської та Волинської областей Вугленосна товща в басейні (1000 кмІ) налічує до 50 вугільних пластів і прошарків. Розробляються пласти із середньою потужністю 0,7-1,2 м, рідко вона доходить до 2-3 м. За кутом падіння пласти відносяться до пологих, майже горизонтальні. Вугілля кам'яне, в основному марки Г (81 %) і частково - Д, ГЖ, Ж.

Біля 90 % запасів зосереджені на глибині 300-600 м. Покрівля та підошва пластів вугілля аргіліти та алевроліти, рідко пісковики. Геологічні запаси басейну - 1,75 млрд. т, з них балансові - 1,091 млрд. т. Газоносність пластів в цілому невелика і зростає з півночі на південь. Всі шахти басейну віднесені до небезпечних по пилу і до III категорії по самозапалюванню пластів.

Дніпровський буровугільний басейн об'єднує численні розрізнені родовища бурого вугілля на території Дніпропетровської, Житомирської, Запорізької, Київської, Кіровоградської, Черкаської та Вінницької областей. На цій території, загальною площею до 150 тис. кмІ, розвідано біля 90 родовищ. Загальні геологічні запаси вугілля з потужністю пластів більше 0,5 м при зольності 50 % досягають 4,2 млрд. т (балансових - 2,15 млрд. т). Потужність пластів вугілля 3-6 м, іноді трапляється потужність до 25 м. Глибина залягання пластів бурого вугілля коливається від 10 до 150-170 м і розробка їх ведеться як підземним, так і відкритим способами. Видобуте вугілля використовується як паливо ТЕП, і у брикетах - для побутових потреб.

Вуглевидобуток в Україні та перспективи його розвитку

Вугільні родовища у Донбасі відкрив 1721 року Григорій Капустін. Послідовники Капустіна - Іван Поліцин і Марк Титов 1722 року відкрили пласти у Підмосков'ї. Тоді ж Михайлом Волковим знайдені зразки вугілля у Кузбасі.

У 1743 році Микита Вепрейський та Семен Чирков організували розробку кам'яного вугілля в урочищі Скелевате поблизу Бахмута (тепер - м. Артемівськ) в Донбасі для цілей його використання при солеварінні.

На кінець XVIII ст. був накопичений достатній досвід розвідки і розробки викопного вугілля. Проте розміри видобування були ще незначні, лише в останні роки століття (1795р.) в зв'язку з будівництвом Луганського чавуноливарного заводу вони зросли. Основна маса вугілля для заводу добувалась в районі Лисичанська. Так, у 1806 році із 1661 тис. пудів вугілля, спожитих заводом, 1520 тис. були доставлені з Лисичанського.

Значне зростання видобутку вугілля в Донецькому басейні сталося після того, як почали будувати залізниці в 70 рр. XIX ст. В 1913 році в Донбасі було видобуто 25,3 млн. т вугілля, а в 1916 р. - 28,6 млн. т.

В зв'язку з початком першої світової війни, жовтневої революції 1917 р. кількість добуваємого вугілля знизилася до 5,6 млн. т у 1919 р. і до 4,5 млн. т у 1920 р. В роки відбудови народного господарства країни, вуглевидобуток зростав і у 1949 р. досяг 83,8 млн. т (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Видобуток вугілля в Україні, млн.т

Роки	1913	1920	1927	1940	1950	1968	1975	1990	1995	1996
Видобуток, млн. т	25,3	4,5	24,5	83,8	78,0	222,3	215,7	161,8	83,6	71,7

В часи Великої Вітчизняної війни 1941-1945 рр. шахти і вугільна промисловість були порушені.

Відродження їх почалося у 1943 р. і на кінець 1950 р. уже було видобуто 78.0 млн. т вугілля, а в 1968 р. 222,3 млн. т.

Потім почався спад промисловості. В 1996 р. в Україні було видобуто тільки 71.7 млн. т вугілля при його потребі 100-110 млн. т на рік.

Вугілля з одного із експортних товарів країни перейшло до категорії імпортних. Україна кожен рік повинна була закупати 20-30 млн. т вугілля із-за кордону.

Причиною спаду (крім об'єктивних - розробка вугілля на великих глибинах, ускладнення умов розробки пластів) явились: старіння шахтного фонду, зношеність обладнання, відсутність високоефективної виймальної техніки, незадовільне матеріально-технічне забезпечення, неплатоспроможність споживачів вугілля і самих вугледобувних підприємств.

В 1996 році в Україні нараховувалось біля 230 вугледобувних підприємств. І тільки 25 % з них були беззбитковими і добували більше 50 млн. т вугілля на рік.

Ще біля 30 % шахт могли робити рентабельно. Останні підприємства існували за рахунок дотацій країни. Вартість 1т видобуваємого вугілля на них на 45-110 грн. (8-22 доларів США) вище світової оптової вартості.

В 1995 році міністерство вугільної промисловості прийняло рішення закрити 40 шахт, що повинно було знизити вартість 1 т добуваємого вугілля на 4,3 %. Закриття шахт - складний процес, який потребує рішення фінансових, технічних і соціальних проблем.

В зв'язку з вибуттям шахт, треба компенсувати їх потужність за рахунок діючих шахт, що залишилися, та за рахунок вводу в експлуатацію нових шахт.

Програмою розвитку вугільної промисловості України передбачено будівництво нових шахт на розвіданих вугленосних площах Західного, Південного і Північного Донбасу, Південно-Західного району Львівсько-Волинського басейну, родовищ бурого вугілля для відкритих робіт Дніпровського басейну і Дніпровсько-Донецької впадини.

Для цього в Донбасі підготовлено 49 ділянок для закладки нових шахт, у Львівсько-Волинському - 4, Дніпровському - 8 родовищ, з них 4 для відкритих робіт.

Нові і реконструйовані шахти оснащені сучасною технікою і технологією робіт, повинні забезпечити значне підняття безпеки і продуктивності праці гірників, знизити вартість видобуваємого вугілля, покращити техніко-економічні показники гірничих підприємств.

Утворення родовищ корисних копалин

Родовищем корисних копалин називається накопичення мінеральної речовини на певній площі в земній корі, що утворилось під впливом геологічних процесів, яке в якісному та кількісному відношенні задовольняє вимогам промисловості при даному стані техніки і в даних економіко-географічних умовах.

Родовище може бути промисловим, якщо згідно затвердженим кондиціям воно має балансові запаси, і непромисловим, якщо використання його запасів в теперішній час економічно недоцільно або технічно і технологічно неможливо.

В залежності від геологічних процесів, що обумовлюють накопичення мінеральної речовини в надрах, всі родовища корисних копалин розподіляють на ендогенні, екзогенні та метаморфогенні.

Ендогенні родовища корисних копалин формуються в результаті дії внутрішньої енергії Землі і пов'язані з магматичними процесами.

В процесі диференціації і кристалізації магми і утворення вивержених порід, відбувається формування різних типів магматичних родовищ корисних копалин (лікваційний, магматичний, пегматитовий, карбонатовий, скарновий, гідротермальний). При цьому формуються родовища і рудних і нерудних корисних копалин. видобуток вугілля пласт родовище

Екзогенні родовища корисних копалин утворюються в результаті хімічної, біохімічної і механічної диференціації речовини під дією зовнішньої сонячної енергії. серед екзогенних родовищ розрізняють: родовища вивітрювання, розсипні і осадові.

Родовища вивітрювання генетично пов'язані з формуванням кори вивітрювання. При цьому відбувається накопичення таких корисних копалин як боксити, каолініти, бурі залізняки, марганець та інші.

Розсипи утворюються при фізичному вивітрюванні і пов'язаному з ним механічному руйнуванні гірських порід, а також деяких рудних покладів. Розсипні родовища алмаза, титана, вольфраму, олова, золота, платини, танталу, ртуті та інших металів мають важливе промислове значення.

Осадові родовища формуються в результаті механічного (гравій, пісок, глина), хімічного (солі, гіпс, ангідрит, борати, лімоніт та ін.) і біохімічного (фосфорити, карбонати, кременисті породи, вугілля, горючі сланці) осадження мінералів або руд в водних басейнах. Серед них розрізняють озерні, болотні, річні, морські родовища.

Метаморфогенні родовища корисних копалин утворюються під впливом процесів метаморфізму, обумовлених дією високої температури, великого тиску і хімічно активних речовин. Серед метаморфогенних родовищ виділяють: метаморфізовані, які утворилися в процесі метаморфізму за рахунок раніш існуючих родовищ корисних копалин, при цьому змінюється форма, склад, будова тіл корисних копалин, але промислове застосування мінеральної сировини не змінюється (із бокситів утворюються наждаки, із бурого залізняка - магнетит та інше) і метаморфічні, які можуть заново утворюватися із гірських порід, що раніше не мали промислової цінності (пісковики перетворюються в кварцити, вапняки - в мармур, вугілля - в графіт та інше).

Утворення вугілля

Викопне вугілля - це тверда горюча осадова порода, що утворилась від відмерлих рослин та мікроорганізмів в результаті їх біохімічних, фізико-хімічних і фізичних змін.

Для утворення вугілля необхідно сприятливе сполучення палеогеографічних та геотектонічних факторів - наявність рослинного матеріалу, певних кліматичних та геотектонічних умов, рівнинного заболоченого рельєфу.

В загальному процесі вуглеутворення виділять дві фази:

торфоутворення - перетворення вихідного матеріалу в торф (або сапропель);

вуглефікація - послідовне перетворення торфу (сапропелю) в буре вугілля, а при подальшому розвитку цього процесу: бурого вугілля в кам'яне, а кам'яного в антрацит.

На початковому етапі вуглеутворення в біосфері відбувалась седиментація органічних і мінеральних речовин.

Накопичення залишків вищих рослин, вихідного матеріалу для утворення гумулітів, відбувалось в торф'яних болотах, що займали низинні узбережжя морів і прісноводних водоймищ, поверхневих водотоків. В умовах великого обводнення, обмеженого притоку кисню в осадок, під впливом мікроорганізмів відбувалось торфоутворення. Цей біохімічний процес називається гуміфікацією, тому що протікає в напрямку розкладу рослинної речовини на воду, вуглекислий газ, метан і гумусову кислоту. Із залишків нижчих рослин і найпростіших тваринних організмів утворюється сапропель (гнилісний мул). Сапропелі багатіші воднем, ніж торф і бідніші вуглецем.

Проведені аналізи свідчать про те, що більшість речовин, які можуть бути екстраговані із вугілля виникли не безпосередньо із залишків деревинних та інших залишків рослин, а є продуктами переробки цих залишків бактеріями, що живуть на дні боліт. Це змушує припустити, що мікроорганізми в походженні паливних корисних копалин займають дуже велику роль. Отже торф і сапропель є початковою стадією процесу вуглеутворення.

Перетворення торфу в вугілля і подальші зміни цього вугілля називають вуглефікацією. Вона виникає після покриття торф'яників осадками покрівлі. Цей процес можна представити як процес збагачення маси вуглецем за рахунок зменшення інших компонентів (кисень, водень, вода).

Вуглефікація розподіляється на дві фази: діагенез і метаморфізм. Діагенез - це перетворення торфу (сапропелю) під дією фізико-хімічних і геохімічних факторів в буре вугілля різного петрографічного складу.

В результаті біохімічних процесів (геліфікації, фюзенізації, елювіації, бітумінізації) завершились процеси гуміфікації, відбувалось старіння, затвердіння колоїдів, ущільнення матеріалу, його дегідратація.

Метаморфізм вугілля - процес глибокого структурно-молекулярного перетворення органічної речовини вугілля зі зміною його хімічного складу, фізичних і технологічних властивостей, а також літифікації мінеральних включень. Метаморфізм вугілля є наслідком дії на вугілля: внутрішнього тепла Землі при занурюванні вугленосних товщ на глибину (регіональний метаморфізм), тепла, що виділяється магматичними тілами (термальний метаморфізм), тепла, прониклих в вугільні пласти вивержених порід в зонах безпосереднього контакту їх з вугіллям (контактовий метаморфізм).

Процес переходу торфу у вугілля супроводжується полімеризацією і конденсацією його речовин.

Метаморфізоване вугілля утворює безперервний генетичний ряд:

Таблиця 1.2 - Класифікація вугілля

п/п	Група	Стадія	Умовні позначення
1	Буровугільна	Буровугільна	Б - 0
2	Кам'яновугільна	Довгополум'яна Газова Жирна Коксова Спіснений спікливий Пісний	Д - I Г - II Ж - III К - IV ОС - VI Т - V
3	Антрацитова	Напівантрацитова Антрацитова	ПА - VII А - VII-X



Стадії метаморфізму і промислові марки вугілля - поняття різні. Стадійність підкреслює стан процесу вуглеутворення, а значення промислових марок відбивають хіміко-технологічні властивості.

Марочний склад вугілля залежить не від загального його віку, а від умов вуглеутворення.

Вугільні пласти формуються на певних етапах тектонічного розвитку континентів - при переважаючому значенні загального занурювання, на фоні яких проявляються коливальні рухи підлеглих амплітуд. Характер коливальних рухів в геосинклінальних, платформенних областях і областях з перехідним режимом розвитку різний, тому і формуються різні вугільні басейни. Так, для Донбасу, який формувався в умовах геосинклінального режиму розвитку, характерна велика кількість вугільних пластів і прошарків (330), висока ступінь метаморфізму (від бурих до антрацитів) та інше. Для Підмосковного басейну, який відноситься до родовищ платформного типу, характерна невелика кількість вугільних пластів і прошарків (від одиниці до 25), вугілля буре, максимальна глибина залягання продуктивної товщі - 200 м.

Елементи залягання вугільних пластів і рудних тіл

Тілом корисної копалини називається відокремлене скупчення мінерального утворення, що за якістю відповідає вимогам промисловості.

Природні геологічні тіла відрізняються складними геометрично неправильними формами. За співвідношенням розмірів в трьох напрямках серед них виділяють ізометричні (штоки, штокверки), плитоподібні (пласти, жили), трубоподібні та тіла складної форми. Форма тіл корисних копалин залежить від генезису родовищ, тектонічної будови ділянки земної кори та складу вміщуючих порід.

Пласт - найбільш розповсюджена форма покладу осадових родовищ рудних покладів і нерудних корисних копалин. Пластом називається тіло, складене однорідними мінеральними утвореннями і обмежене двома практично паралельними поверхнями - поверхнями напластування. Нижня поверхня даного пласта є його підошвою, верхня - покрівлею.

Пласти гірських порід, що нахилено залягають у просторі, визначаються елементами залягання. До них належать лінія простягання і кут падіння (рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Елементи залягання пласта

Лінія простягання пласта - це лінія його перетину з горизонтальною площиною.

Лінія падіння пласта являє собою лінію, що лежить у площині пласта перпендикулярно до лінії простягання і направлена в сторону його падіння.

Кут падіння пласта - це кут, утворений площиною шару з горизонтальною площиною. За кутом падіння вугільні пласти поділяються на пологі (2-18°), похилі (18-35°), крутосхилі (36-55°) та круті (55-90°). Пласти з кутом падіння до двох градусів умовно називають горизонтальними.

Найважливішим елементом при розробці вугільного пласта є його потужність. потужність - це відстань по нормалі між підошвою та покрівлею пласта. У вітчизняній практиці підземної розробки вугілля вугільні пласти по потужності підрозділяються на дуже тонкі (до 0,7 м), тонкі (0,71-1,2 м), середньої потужності (1,21-3,5 м) і потужні (більше 3,5 м). Основними об'єктами підземної розробки є пласти середньої потужності, але в ряді вугленосних районів значна частина належить також тонким і навіть дуже тонким пластам. Потужність пласта дуже впливає на техніку і технологію його відробки.

Будова вугільних пластів змінюється від простого (без породних прошарків) і помірно складного (з одним або кількома породними прошарками) до дуже складного (перешарування численних вугільних і породних прошарків). Породні прошарки складаються глинистими, глинисто-пісковиковими, пісковиковими породами, а також різною ступеню їх вуглефікованими різновидностями. Розрізняють поняття: загальна, корисна і виймальна потужність пласта (рис. 1-3).

Основи технології гірничого виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1_3 - Будова вугільного пласта:

а - простий; б - складний; в - вельми складний; 1 - вугілля; 2 - вуглистий сланець; 3 - алевроліт

Загальна потужність - це сумарна товщина вугільного пласта разом з прошарками породи; корисна потужність - це сумарна товщина тільки вугільних прошарків. Іноді, з технологічних причин, пласт виймають не на всю потужність. Товщина пласта, при якій розробка його технічно можлива і економічно доцільна, називається виймальною.

Переважна більшість осадових порід формується на рівній поверхні дна морів і океанів, тому спочатку вони залягають горизонтально або майже горизонтально. Таке первинне горизонтальне залягання шарів називають непорушеним. Під дією тектонічних рухів шари гірських порід деформуються, первинні умови їх залягання порушуються, і виникають вторинні структурні форми. Таке вторинне залягання шарів називають порушеним.

Тектонічні порушення або дислокації є двох типів

складчасті, або плікативні (пластичні), суцільність шарів при яких не порушується, а змінюється лише форма їх залягання;

розривні, або диз'юнктивні, коли суцільність шарів порушується і утворюються різні розриви.

Складки - це хвилеподібні згини шарів гірських порід. Розрізняють два типи складок: випуклі - антиклінальні і ввігнуті - синклінальні (рис. 1-4).

Розривні порушення утворюються тоді, коли напруження, що виникають у земній корі, досягають величин, які перевищують межу міцності гірських порід. виділяють дві групи розривних порушень: розриви без зміщення гірських порід і розриви зі зміщенням гірських порід.

Рис. 1.4 - Складки

а - антиклінальна; б - синклінальна

Розриви зі зміщенням характеризуються зміщенням гірських порід уздовж тріщини розриву. В них виділяють зміщувач - тріщину, якою відбувається зміщення, і крила - зміщені блоки гірських порід, розташовані по обидва боки від зміщувача. Крило, розташоване вище площини зміщувача, називають висячим, а протилежне - лежачим. Відстань між висячим і лежачим крилами називають амплітудою зміщення.

До розривних тектонічних порушень зі зміщенням належать скиди, підкиди, насуви (рис. 1-5), зсуви та складніші порушення - скидо-зсуви, східчасті скиди, грабени, горсти (рис. 1-6).

Скид - це порушення в масиві, коли висяче крило зрушилося вниз відносно лежачого крила.

Підкид - розрив з крутоспадним (понад 45°) зміщувачем. по якому висяче крило підняте відносно лежачого.

Рис. 1_5 - Типи розривних порушень:

а - скид; б - підкид; в - насув; 1 - лежаче та 2 - висяче крило

Рис. 1_6 - Системи розвинутих порушень

а - східчастий скид; б - горст; в - грабен

Насув - розривне порушення з пологим (до 45°) нахилом зміщувача, при якому висячий бік піднятий відносно лежачого і насунутий на нього. Насуви розвиваються при утворюванні складок в процесі пластичних деформацій.

Зсув - переміщення масиву в горизонтальному напрямку.

Рудні родовища за формою відрізняються від вугільних. часто вони трапляються в формі пластоподібних покладів, жил, штоків, штокверків, трубоподібні.

Трубоподібні тіла характеризуються збільшенням одного розміру над двома другими. Форма поперечного перетину трубоподібного покладу може бути різною: від близької і ізометричної до витягнутої неправильної. Положення трубоподібних тіл в просторі характеризується орієнтуванням їх вісі за кутом і напрямком скочування, тобто зміщенням рудних тіл від лінії падіння. Кут скочування - це кут, утворений віссю витягнутості рудного тіла в площині його падіння з проекцією вісі витягнутості на горизонтальну площину. Кут, утворений віссю найбільшої витягнутості рудного тіла в площині його падіння з лінією простягання, називається кутом схилення (рис. 1-7).

Часто рудні тіла мають складну форму.

Вивчення форм і умов залягання рудних тіл має велике практичне значення, особливо для раціональної детальної розвідки та експлуатації родовища.

Рис. 1_7 - Схематичне зображення лінзоподібного рудного тіла:

АВ - лінія простягання; СД - лінія падіння; СЕ - вісь рудного тіла (лінія найбільшої витягнутості рудного тіла); АГБ - кут падіння; ВСЕ - кут схилення



Головні технологічні властивості гірничих порід і масивів

Вугільні родовища мають ряд специфічних природних властивостей, що впливають на умови, технологію і техніку їх розробки. До них відносяться:

1. Значне площинне розповсюдження вугільних пластів при невеликій їх потужності. Це визначає великі розміри шахтних полів, ділянок і очисних вибоїв та пов'язану з цим складність забезпечення стійкості гірничих виробок з урахуванням гірничого тиску, зсуву і обвалювання вміщуючих порід і вугілля;

2. Висока мінливість морфології, потужності і будови вугільних пластів, їх розщеплення, наявності локальних розмивів, складчастості, тектонічних розривів, що ускладнюють ведення гірничих робіт;

3. Різка різниця в речовиннім складі і властивостях вугілля і вміщуючих порід, значна фаціальна мінливість вміщуючих порід на відносно невеликих відстанях, що обумовлює необхідність великого обсягу вивчення інженерно-геологічних властивостей порід покрівлі і підошви вугільних пластів;

4. Підвищена складність гідрогеологічних умов, наявність ізольованих та взаємопов'язаних водоносних горизонтів, при цьому найбільш висока багатоводність пов'язана з підвищеною тріщинуватістю і водопроникливістю;

5. Метаноносність, що досягає 40-45 мі/т пальної маси. Нерідко метан утворює крупні накопичення і інтенсивно виділяється при руйнуванні гірського масиву, при викидах вугілля, породи і газу, розкритті тектонічних і послаблених зон, обваленнях покрівлі, суфлярних виділеннях, що суттєво ускладнюють ведення гірничих робіт і є дуже небезпечні для життя людей;

6. Схильність вугілля до самозаймання, утворенню вибухонебезпечного та шкідливого для здоров'я людей вугільного і природного пилу.

Вказані особливості поведінки вміщуючих порід суттєво впливають на їх властивості, що характеризують деформації, осідання, обвалення тощо при вийманні вугільних пластів.

Покрівлю пластів підрозділяють на несправжню, безпосередню і основну. Несправжняпокрівля - шари порід невеликої потужності (0,5-0,7 м), що знаходяться безпосередньо над вугільним пластом і обвалюються одночасно з вийманням вугілля. Безпосередняпокрівля - товща порід, що залягає безпосередньо над вугільним пластом або несправжньою покрівлею, обвалення яких в вибійному або відробленому просторі виникає слідом за зніманням кріплення або його пересуванням. Тривалість безпосередньої покрівлі невелика, тому без кріплення вона обвалюється протягом кількох годин на висоту до 10 м. Основнапокрівля - товща міцних і тривких порід, що залягають над вугільним пластом або над безпосередньою покрівлею, і здатна зависати й обвалюватися при вийманні вугілля на значних площах.

Стійкість порід безпосередньої покрівлі залежить від літологічного і мінерального складу, здатності до розшарування, характеру тріщинуватості, інтенсивності прояву малоамплітудних розривів, обводненості тощо. Незалежно від потужності шарів обвалюються після зняття кріплення породи з міцністю при стискуванні 45-55 МПа; нижче певної межі потужності шару обвалюються і більш міцні породи. Незалежно від літологічного складу нестійкими є інтенсивно вивітрені обводнені і інтенсивно порушені породи, а також породи на ділянках, що знаходяться поблизу крупних тектонічних порушень.

Гірничо-геологічні властивості основної покрівлі виявляються у формі первісних і вторинних (періодичних) осадок після їх зависання при посуванні вибою. Чим більше міцність порід, тим більшим є шаг первинного і вторинного обвалення. Шаг обвалення крім міцності визначається також глибиною і величиною гірничого тиску попереду лави. На великих глибинах він визначається в основному величиною гірничого тиску і основна покрівля обвалюється у вигляді рівномірних осадок невеликих блоків.

Підошви вугільних пластів звичайно представлені різними породами (глинистими і піщано-глинистими породами, рідше піщаними і карбонатними різностями порід). Для більшості пластів характерні: відсутність шаруватості, неоднорідна грудкувата будова, наявність залишків коріння та інших залишків рослинності. Перехід їх у вугілля в цьому випадку поступовий. Але бувають і різні поверхні розподілу і чітка шаруватість.

Підошви пластів також підрозділяють на несправжні, безпосередні і основні. Несправжньою називають підошву потужністю до 1 м з низькою механічною міцністю з вугільними прошарками, підвищеною вологістю, структурними послабленнями. Як правило, це вуглисто-глинисті аргіліти і сильно глинисті алевроліти.

Із властивостями несправжньої та безпосередньої підошви пов'язані явища сповзання, здимання та вдавлювання в неї кріплення.

Стійкість гірських порід не може характеризуватись тільки показниками міцності, а знаходиться в залежності від цілого ряду факторів.

З точки зору технології, вміщуючі вугільний пласт породи характеризуються наступними властивостями:

обрушуваність (керованість) масиву гірських порід над пластом (умовне позначення категорій - А);

стійкість нижнього шару покрівлі (умовне позначення категорії - Б);

стійкість безпосередньої підошви (умовне позначення категорії - П).

Категорії встановлюються за технологічними ознаками та геомеханічними критеріями. Основними критеріями є технологічні ознаки, що встановлюються з досвіду роботи у аналогічних умовах.

Технологічними критеріями обрушуваності порід є: спосіб управління покрівлею з технологічними рішеннями, необхідними для його виконання; оптимальні силові параметри кріплення, а також показники кратності його посилення до первісної осадки покрівлі.

Технологічними критеріями стійкості нижнього шару покрівлі є: схеми кріплення з заходами по підвищенню його стійкості та крок установлення кріплення.

Технологічним критерієм стійкості підошви є її спроможність утримувати обладнання, яке застосовується, в тому числі і кріплення, не руйнуючись під їх силовим впливом.

Геомеханічні критерії:

обрушуваності масиву порід - середня відносна величина приростання опускання покрівлі на 1 м ширини привибійного простору, показник її мінливості - коефіцієнт варіації К, а також крок першої (Ш_о) і послідуючих (Ш_п) осадок масиву порід;

стійкості нижнього шару покрівлі - його потужність (висота) В та відстань між тріщинами в ньому Г, а також розмір стійкого кроку зависання його у виробленім просторі Д після виймання (зняття, пересування) кріплення;

стійкості підошви - міцність її на вдавлювання (у_вд).

По обрушуваності покрівлі розрізняють.

А₁ - легкообрушувані породи - масив порід з чергуванням шарів аргілітів, сланців, вуглистих прошарків, алевролітів, розшарованих пісковиків (f_ср = 4), що здатні регулярно обвалюватися у виробленому просторі, починаючи з монтажного ходка (печі), поступово утворюючи всі зони зсуву порід. При таких масивах характер зміщення порід по ширині привибійного простору і характер навантаження кріплення рівномірний, періодичні осадки масиву спокійні, зовні непомітні.

Середня відносна величина прирощення опускання покрівлі на 1 м ширини привибійного простору складає б = 0,04 від потужності пласта, коефіцієнт варіації < 15 %. Шаг первісної осадки Ш_о 10 м, послідуючих осадок - не проявляється. При таких масивах доцільно використовувати найлегше кріплення, в тому числі і дерев'яне. При управлінні покрівлею повним обваленням і використанні дерев'яного кріплення, необхідно посилювати його останній ряд органним кріпленням або пересувними кострами.

А₂ - породи середньої обрушуваності. Представлені чергуванням шарів міцних сланців, алевролітів, пісковиків, вапняків (4 ? f_ср < 6), що при управлінні покрівлею повним обваленням здатні зависати в якій-небудь з зон зсування над виробленим простором (нерегулярне обвалення з осадками покрівлі різної інтенсивності, з яких найбільш небезпечна - перша).

Характер зміщень покрівлі цієї категорії менш рівномірний б = 0,025, ? 30 %, Ш_о ? 25 м, Ш_п ? 15 м.

При застосуванні механізованого кріплення необхідно приймати мехкріплення з високим початковим і робочим опором (0,5-0,72) МН/м. При застосуванні індивідуального кріплення - стійки нового технічного рівня, а при відході з розрізної печі - посилювати його ще однією стійкою, бутовими смугами, бутокострами. Можна використовувати примусове обвалення покрівлі.

А₃ - важкообрушувані породи. Представлені однорідним масивом міцних алевролітів, сланців, пісковиків, вапняків (6 < f_ср < 10), при яких управління покрівлею повним обваленням супроводжується періодичними інтенсивними осадками шарів, що зависають на великих площах, створюючи аварійні ситуації у привибійному просторі.

б = 0,015, < 50 %, 25 м < Ш0 ? 50 м, 15 м < Шп ? 30 м.

При таких породах у лавах можуть використовуватись тільки мехкріплення важкого типу (КМТ, КД-90, ДТ), або управління покрівлею частковим обваленням або частковою закладкою. Також доцільно використовувати штучне ослаблення порід.

А₄ - дуже важкообрушувані породи. Представлені однорідним масивом пісковиків, вапняків або сланців (f_ср > 10). Використання управління покрівлею при таких породах повним обваленням виключається. недоцільно також використовувати часткове обвалення або часткову закладку. В таких умовах доцільна повна закладка, або залишення ціликів між блоками.

А₄' - породи, що схильні до плавного прогину (6 ? f_ср < 12). Це вапняки або сланці, що гарно прогинаються і управляються способом плавного опускання. потужність пласта при використанні плавного опускання не більше 1 м, при цьому підошва повинна бути схильною до здимання.

По стійкості нижнього шару покрівлі.

Б₁ - дуже нестійкі породи - вуглисто-глинистий аргіліт або сланець (f < 2), що обвалюється разом з вийманням вугілля («хибна» покрівля). В=0,01-0,2 м, Г = 0,005-0,1 м, Д=0.

Б₂ - нестійкі породи - тріщинуваті, неміцні (2 < f ? 3) вуглисто-глинисті, глинисті або пісковиково-глинисті сланці (аргіліти, алевроліти). Для підвищення стійкості використовують зміцнення хімічними розчинами, анкерами, штанговим кріпленням. В=0,05-0,3 м, Г=0,1-0,4 м, Д > 0.

Б₃ - малостійкі породи. Сланці, пісковики і вапняки (3 < f ? 5), що здатні створювати відносно стійкі оголення на невеликій площі і припускають використання механізованого кріплення з коефіцієнтом затяжки покрівлі ? 0,8, а індивідуального кріплення з шпальними брусами і стійкою під вибоєм.

Б₄ - породи середньої стійкості. Сланці або пісковики, вапняки (5 < f ? 7), які утворюють стійкі оголення у привибійному просторі. Припускають використання механізованого кріплення з коефіцієнтом затяжки покрівлі < 0,8, а при індивідуальному кріпленні - металеві верхняки.

Б₅ - стійкі покрівлі. Монолітні пісковики, вапняки, пісковикові сланці (f > 7), при яких припускається використання любого кріплення.

По стійкості підошви.

П₁ - дуже нестійкі породи. Неміцні (f < 1 МПа) сланці «кучерявої» текстури («хибна» підошва), що руйнуються при взаємодії з технологічними засобами видобутку і транспорту вугілля.

П₂ - малостійкі породи. Сланці (f ? 2,5), які не руйнуються при взаємодії з технологічними засобами при вийманні вугілля, але не можуть бути надійною опорою для секцій і стійок кріплення, що вдавлюються в ці породи або зразу при розпорі, або в процесі підтримання покрівлі. Для попередження вдавлювання використовують поширювачі, дерев'яні лежні.

П₃ - стійкі породи. Сланці або пісковики (f > 2,5), при яких нема ускладнень з використанням засобів кріплення.

Шахта, шахтне поле, запаси

Шахта - це гірничопромислове підприємство, яке здійснює видобуток корисних копалин підземним способом. При видобутку підземним способом руди шахту називають рудником. При видобутку вугілля відкритим способом - розрізом.

В поняття «шахта» входять наземні споруди та сукупність гірничих виробок, призначених для розробки родовища в межах шахтного поля.

Шахтне поле - це родовище або його частина, відведена для розробки однією шахтою. В шахтному полі вугільної шахти може бути один або декілька вугільних пластів. Шахтне поле має свої кордони, які визначають його розміри. Кордони шахтного поля бувають природними, коли вони проходять по великим геологічним порушенням, або коли пласти виходять під наноси, та штучними - визначеними в процесі виділення поля конкретної шахти.

Шахтному полю бажають придати форму прямокутника, витягнутого в напрямку простягання пласта. відстань між кордонами шахтного поля по простяганню називають розміром шахтного поля по простяганню і позначають літерою S (рис. 1-8).



Рис. 1_8 - Зображення шахтного поля на гірничих кресленнях

Нижній і верхній кордони шахтного поля, якщо вони є штучними кордонами, прагнуть задати по ізогіпсам пласта. Верхній кордон АВ називають кордоном по підняттю, або верхнім технічним кордоном, нижній кордон DС - кордон по падінню, або нижнім технічним кордоном, лінії AD і ВС - кордонами по простяганню. Відстань між верхнім і нижнім технічними кордонами називають розміром шахтного поля по падінню і позначають літерою - Н.

На рис. 1-8 зображено шахтне поле, яке розміщене на непорушеному пласті, що має вигляд правильної площини. Такі пласти в природі зустрічаються рідко. Частіше пласти мають хвилясту поверхню і поділені на окремі ділянки тектонічними порушеннями. Тому шахтні поля мають різноманітні конфігурації.

Реальні розміри шахтних полів такі: для пологих пластів від 3 до 10-12 км по простяганню та 1,5-5 км по падінні; для крутих - 2,5-7 км по простяганню та 0,8-1,5 км по падінню. Характер залягання вугільного пласта досить повно відображається на графіках ізогіпсами, тобто лініями, отриманими внаслідок перетинання пласта горизонтальними площинами на даній глибині.

Для зображення форми залягання пласта вугілля ізогіпси його підошви або покрівлі проектують при падінні під кутом 0…60⁰ на горизонтальну, а при більшому куті падіння - на вертикальну площину.

Кількість корисних копалин в межах шахтного поля називають запасами шахтного поля.

Запаси корисних копалин за господарським значенням розподіляються на геологічні, балансові, забалансові і промислові.

Геологічні запаси Z_г - це загальні запаси родовища, які поміщені у надрах землі.

Балансові Z_б - це запаси, які економічно доцільно розробляти і які задовольняють кондиціям (вимогам) по потужності, якості вугілля.

Забалансові Z_з - це запаси корисних копалин, використання яких у наш час економічно недоцільно внаслідок їх некондиційної потужності, низького вмісту цінних компонентів, дуже складних умов експлуатації, великої зольності та інше. Такі запаси у майбутньому з розвитком гірничодобувної техніки й технології можуть перейти до категорії балансових запасів.

Промислові запаси Z_пр - це балансові запаси за винятком втрат.

Втрати це частина корисних копалин, які назавжди залишаються у надрах землі. Вони складаються з:

загальношахтних втрат на охоронні цілики навколо капітальних гірничих виробок, під залізницями на поверхні, водоймами, бар'єрними ціликами;

експлуатаційних витрат, які залежать від прийнятих систем розробки пластів;

геологічних втрат, це втрати біля геологічних порушень.

Загальні втрати по шахті залежать від гірничо-геологічних умов залягання пластів і коливаються в широких межах. Для орієнтовних розрахунків можна користуватися коефіцієнтом вилучення С: для тонких пластів - 0,90-0,92; середньої потужності - 0,85-0,88; потужних пологих - 0,82-0,85 і для потужних крутих пластів - 0,75-0,8. Знаючи коефіцієнт вилучення вугілля і балансові запаси в шахтному полі, можна підрахувати промислові запаси:

Z_пр = Z_б•С.

Між промисловими запасами вугілля в шахтному полі та терміном служби шахти діє залежність:

,

де Т - термін служби шахти, років;

Z_пр - промислові запаси вугілля в шахтному полі, т;

А - проектна потужність шахти, т/рік.

Повний строк служби шахти буде більшим на 3-5 років, які потрібні для врахування періоду розвитку і затухання проектної потужності шахти, тобто

Т_п = Т + t_р + t_з

Сучасні шахти проектують на потужність: 1,2; 1,5: 1,8; 2,4; 3,0; 3,6 млн. т на рік. Термін служби таких шахт проектується на 50-60 років.

Ділення шахт на категорії за метаном

Метан (СН₄) - газ без кольору, запаху та смаку, об'ємна маса 0,55, горить, погано розчиняється у воді. Метан небезпечний внаслідок того, що із-за визначеної концентрації вибухає. При концентрації в атмосфері менше 5 % метан горить, при концентрації від 5 до 16 % -- вибухає, а якщо його концентрація більше 16 % -- горить спокійним полум'ям.

Метан виділяється при підземних гірничих роботах з вугілля та вміщуючих пласт порід в гірничі виробки. Існує три форми його виділення: звичайне, суфлярне і раптове.

При звичайному виділенні метан надходить у рудничну атмосферу безперервно, порівняно рівномірними порціями зі всієї оголеної площі пласта і порід.

При суфлярному виділенні газ під тиском надходить з розломів порід, шпурів і свердловин в пласті, ділянок геологічних порушень. При цьому таке виділення продовжується тривалий час - годинами, місяцями.

Під раптовим виділенням слід розуміти такий динамічний тиск, при якому відбувається миттєве руйнування вугільного пласта з викидом великої кількості газу та здрібненого вугілля у прилеглу виробку.

Вугільні шахти в залежності від відносної метанообільності розподіляють на п'ять категорій. Відносна метанообільність - це кількість метану в кубічних метрах, що виділяється за добу на 1 т середньодобового видобутку вугілля шахтою (мі/т):

I категорія шахт - до 5 мі/т;

II категорія шахт - від 5 до 10 мі/т;

III категорія шахт - від 10 до 15 мі/т;

надкатегорійні - 15 мі/т та більше, небезпечні за суфлярними виділенням;

небезпечні за раптовими викидами - шахти, що розробляють пласти, небезпечні або погрожуючі за раптовими викидами вугілля та газу; шахти з викидами породи.

Згідно правил безпеки, допустима концентрація метану в повітрі складає (у відсотках до об'єму):

в вибоях очисних та підготовчих виробок - менше 2;

в повітрі, яке надходить у виробку з іншої очисної або підготовчої виробки (тобто при послідовному провітрюванні) - не більше 0,5;