Технологии горнодобывающей промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Основные направления развития в горнодобывающей промышленности

2. Крепление наклонных выработок

3. Обзор машин для бурения глубоких скважин на подземных работах

4. Вяжущие средства и растворы для изготовления горной крепи

5. Классификация крепежных материалов

Список используемой литературы

крепежный горнодобывающий бурение скважина

1. Основные направления развития в горнодобывающей промышленности

Горнодобывающая промышленность России специализируется на добыче различных полезных ископаемых, поэтому данная отрасль находится в постоянном развитии, поскольку регулярно открываются новые месторождения, которые требуют применения специализированного оборудования и инновационных технологий. В РФ имеется огромное количество производств, каждое из которых специализируется на поиске определенного сырья и на его качественной добыче. В специальном каталоге шахт и рудников можно найти все известные месторождения, а также узнать, какие ископаемые добываются там, в каком виде и размере, а также как давно были разработаны шахты.

Для экономики страны данная отрасль деятельности играет важную роль. Горнодобывающая промышленность России постоянно финансируется государством, поскольку страна известна во всем мире, как основной поставщик различных видов ископаемых, которые передаются в другие страны в качестве экспорта. Поэтому от этой отрасли в государственный бюджет поступает огромное количество денежных средств, которые направляются не только на ее развитие, но и на совершенствование других сфер деятельности. Поэтому все горнодобывающие предприятия, как правило, оснащаются качественным, современным и модернизированным оборудованием, а работники постоянно повышают уровень своей квалификации, в результате чего процесс добычи ископаемых является оперативным и качественным.

Проблемы горнодобывающей промышленности в России

Однако даже горнодобывающая промышленность сталкивается с определенными проблемами, которые тормозят ее развитие. К ним в первую очередь относится загрязнение окружающей среды, которое происходит во время разработки различных шахт. Дело в том, что многие предприятия горнодобывающей промышленности России работают уже очень давно, однако используют при этом устаревшие очистительные сооружения, в результате чего вся территория, почва, атмосфера и животный мир подвергаются определенному негативному воздействию. Поэтому необходимо много внимания уделить оснащению производств специальными системами и специализированным оборудованием, с помощью которого будет предотвращаться загрязнение. Также само оборудование, которое используется для добычи горных пород, является в большинстве случаев некачественным, а при неправильном использовании срок его эксплуатации существенно снижается. Поэтому серьезной проблемой для России становится правильное обучение персонала, который должен в процессе добычи ископаемых применять уникальное и модернизированное оборудование, а также современные технологии.

Специфика развития отрасли.

Горнодобывающая промышленность России постоянно развивается за счет того, что на это имеются вполне резонные основания. Дело в том, что эта сфера деятельности приносит высокие доходы, поэтому многие предприятия получают большие субсидии от государства, оснащаются современным оборудованием, а при этом уделяется очень много внимания НИОКР. Именно поэтому Россия - это страна, которая является самым крупным поставщиком всевозможных ископаемых в различные страны. При этом уровень собственного потребления ресурсов находится на низком уровне, что говорит о том, что производство развивается успешно и быстро, а также уровень благосостояния общества находится на высоком уровне.

2. Крепление наклонных выработок

К наклонным и крутонаклонным выработкам относятся: бремсберги, уклоны, наклонные стволы, скаты, гезенки, углеспуски, ходовые печи, бункеры, сбойки, скважины большого сечения.

Технология проведения наклонных выработок в основном аналогична технологии проведения горизонтальных выработок и отличается лишь рядом особенностей, которые обусловлены их наклонным положением в пространстве.

Наклонные выработки проводят снизу вверх или сверху вниз. Если выработка проводится сверху вниз, то возникает большая вероятность затопления выработки, и поэтому особое внимание уделяют водоотливу. При проведении снизу вверх - вероятность загазовывания, особое внимание - проветриванию.

При углах наклона более 6 - 100 усложняется использование проходческой техники, созданной для горизонтальных выработок. Поэтому возрастает трудоемкость проходческих работ.

Типы и конструкции крепей наклонных выработок.

Крепь наклонных выработок возводят из тех же материалов, что и крепь горизонтальных выработок.

Деревянная крепь: применяют при сроке службы до 2-3 лет и умеренном горном давлении.

Деревянные крепи для наклонных выработок

а - с углом наклона до 200; б- 30 - 450; в- более 450

При углах наклонов до 200 выработки крепят трапециевидными, а при больших углах наклона - прямоугольными рамами. Рамы устанавливают в плоскости, перпендикулярной к продольной оси выработки. Если породы склонны к сползанию, то рамы устанавливают с наклоном 5-100 в сторону, противоположную направлению сдвижения пород. Соединение элементов крепи осуществляют в основном в лапу, реже в паз. Крепь должна быть тщательно расклинена. Устойчивость крепи обеспечивается применением распорок и опорных рам. В выработках с углом наклона до 200 распорки 1 ставят между соседними рамами у кровли, а при углах наклона 20-300 - у кровли и почвы выработки. Нижние концы стоек устанавливаются в луки.

Выработки с углом наклона 30-450 крепят полными крепежными рамами. Между верхняками и лежнями соседних рам устанавливают распорки 1. Выработки с углом наклона более 450 крепят венцовой крепью на стойках 1 с возведением через каждые 4 - 8 м опорных венцов или опорных рам 2. Концы верхняков и лежней опорных рам заводят в боковые породы на глубину 0,5 - 0,7 м. Затем устанавливают обычные рамы 3. В слабых породах или по углю применяют сплошную венцовую крепь.

Металлические податливые крепи из спецпрофиля СВП применяют при сроке службы более 3-х лет и угле наклона до 300. При большем угле наклона и всестороннем горном давлении применяют кольцевую податливую крепь. Устойчивость металлическим аркам придают с помощью соединительных планок, распорок по периметру выработки и тщательной расклинки.

Наиболее распространенной крепью крутонаклонных и вертикальных выработок является монолитная или тюбинговая железобетонная крепь. При углах наклона до 150 используют сводчатую крепь с вертикальными стенками. При углах наклона 15-450 фундаментам крепи придают уступную форму, чтобы препятствовать сползанию крепи. При углах наклона 45- 750 применяют крепь с обратным сводом, а при углах более 750 крепят замкнутой крепью круглого сечения с устройством опорных венцов через 10 - 20м.

Область применения анкерных крепей практически неограниченна, но их рекомендуют применять при углах наклона до 250. Анкерная крепь может применяться для крепления опорных венцов в крутонаклонных или вертикальных выработках.

3. Обзор машин для бурения глубоких скважин на подземных работах

Бурение глубоких скважин на подземных рудниках России и стран СНГ вот уже несколько десятилетий производится в основном станками пневмоударного бурения НКР-100 и их различными модификациями. Составляя более 80% всего станочного парка на подземных работах нашей страны и стран ближнего зарубежья (Украина, Казахстан, Таджикистан, Узбекистан), эти станки не в полной мере отвечают возрастающим требованиям по производительности бурения, технологическим параметрам и безопасности работ.

Буровые станки серии БП для подземных работ представлены в настоящее время следующими моделями: БП-100, БП-100Н, БП-100С.

Буровой станок БП-100

Несамоходный буровой станок, предназначенный для бурения в подземных условиях взрывных, разгрузочных, закладочных и других технических скважин диаметром от 105 мм до 160 мм по породам крепостью 6-20 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Станок имеет модификации: с рабочим органом под буровую штангу диаметром 76 мм и длиной 1230 мм; с укороченным рабочим органом под буровую штангу диаметром 76 мм и длиной 820 мм (БП-100М). Телескопическая распорная колонка с рабочим органом закреплена на салазках, что позволяет значительно уменьшить время монтажа и перестановки на следующее место бурения с помощью ручной или пневматической лебедки. При этом телескопическая распорная колонка снабжена гидравлическим домкратом для распорки в кровлю, что позволяет быстро, точно и надежно раскрепить буровой станок на точку бурения.

Выносной передвижной пульт управления позволяет машинисту буровой установки находиться на расстоянии до 5 м от зоны бурения, повышая тем самым безопасность работ, снижая уровень вибраций и шума на бурильщика и исключая попадание на него бурового шлама. На станках серии БП установлен механизм свинчивания и развинчивания штанг. Люнет-патрон, предназначенный для центрирования штанг, позволяет произвести точное забуривание скважины и выдерживание угла бурения.

При применении буровых штанг диаметром 76 мм с трапецеидальной резьбой и специальными уплотнениями повышается: подача воздуха в пневмоударник; вынос буровой мелочи благодаря увеличению скорости восходящей струи в затрубном пространстве; жесткость бурового става и точность направления бурового става; уплотнение стыков в соединениях буровых штанг, герметичность бурового става; срок службы буровых штанг.

Буровой станок БП-100Н

В конструкцию несамоходного бурового станка БП-100Н внесены существенные изменения по сравнению с предыдущими моделями, что позволило:

- значительно уменьшить вес станка (с 810 кг до 560 кг) и его габаритные размеры;

- сократить расход воздуха с 20 м3/мин до 13 м3/мин;

- за счет применения специальных редукторов подачи и уменьшения шага цепи значительно увеличить максимальное усилие подачи (до 2200 кгс) и номинальный крутящийся момент (до 120 кгс/м), а, соответственно, и глубину бурения. Цепь на буровом станке БП-100Н двухрядная, что повысило её надежность;

- за счет установки на салазки съемной пневмолебедки значительно облегчить и ускорить перемещение бурового станка по горным выработкам.

Буровой станок БП-100С

Буровой станок БП-100С - это самоходная буровая установка, созданная по техническому заданию ОАО «Гайский ГОК» и ОАО «Учалинский ГОК», на которых успешно применяются буровые станки БП-100. Самоходный буровой станок предназначен для бурения взрывных, разгрузочных, закладочных и других технических скважин диаметром от 105 мм до 160 мм по породам крепостью 6-20 по шкале проф. М.М. Протодьяконова в условиях подземных рудников.

Станок передвигается на пневмошинном ходу, гидрофицирован, передвижение станка и установка на бурение осуществляется гидроприводами. Приводом гидростанции является пневмодвигатель ДАР-14. Станок обеспечивает бурение кругового веера в вертикальной плоскости и наклонных плоскостях (от -20° до +20°), а также горизонтальную компенсационную скважину вдоль продольной оси станка (высота от почвы 1.5-1.7 м). Благодаря надежному распору станка и возможности надвигать рабочий орган до упора в грунт (ход надвигания 700 мм) обеспечивается точное направление бурения скважин.

Кроме того, буровой станок БП-100С обеспечивает:

- перевозку буровых штанг, инструмента и другого оборудования;

- установку гидроприводом заданного угла бурения;

- механизированную сборку-разборку бурового става;

- надежный дистанционный распор гидродомкратами при бурении веера скважин;

- быструю забурку и точность заданного направления бурения скважин;

- увеличение глубины бурения и повышение производительности бурения на 15-20% за счет увеличения на 40% крутящего момента, усилия подачи станка и снижение времени на вспомогательные операции;

- расширение области применения станка для бурения мягких пород (f<6) резцовыми коронками при увеличенном крутящем моменте и усилии подачи;

- снижение доли ручного труда, уменьшение тяжелых и трудоемких операций при бурении и обслуживании станка;

- повышение безопасности работ и улучшение санитарно - гигиенических условий труда машиниста буровой установки;

- возможность работы от автономного компрессора на повышенном давлении воздуха (до 1.4 МПа), что увеличивает производительность в 2-3 раза и позволяет при бурении глубоких скважин (более 30-40 м) конкурировать с импортными гидроперфораторными станками, особенно в соотношении «цена-качество».

4. Вяжущие средства и растворы для изготовления горной крепи

Естественные или искусственные материалы, которые после затворения водой или введения отвердителя образуют пластическое тесто, постепенно затвердевающее и служащее для связи в одно целое каменных материалов, принято называть вяжущими материалами (или просто вяжущими). Наиболее распространенным вяжущим для возведения горной крепи является цемент. При затворении цемента водой образуется цементное тесто. Вследствие взаимодействия цемента с водой происходит его схватывание в течение от 30 мин до 12 ч., которое переходит в процесс затвердевания.

После схватывания цементного теста наступает период твердения, в течение которого механическая прочность образовавшегося цементного камня постепенно нарастает. Наилучшие условия твердения обеспечиваются во влажной среде при температуре от 15 до 20°С. При температуре менее 5°С скорость схватывания и твердения значительно снижается, а при --10°С схватывание прекращается.

В горном деле и строительстве широкое распространение получил портландцемент (силикатный цемент) марок 300, 400, 500 и 600 (ГОСТ 10173--75). Марка цемента характеризует предел прочности при сжатии образцов, изготовленных из раствора состава 1:3 (одна часть цемента и три части песка по объему) при водоцементном отношении. В: Ц.=0,4. Образцы размером 40х40х160 мм испытывают через 28 суток на изгиб и сжатие. У обычного портландцемента начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин и заканчиваться не позднее чем через 12 ч с момента затворения. Для сокращения срока схватывания в цемент добавляют 1,5--5% по массе хлористого кальция. В настоящее время выпускается также быстросхватывающий цемент.

При агрессивных шахтных водах применяют специальные цементы: глиноземистый, шлаковый, портландцемент и др.

Растворы, применяемые в качестве крепежного материала, представляют собой правильно подобранные смеси, состоящие из цемента, песка и воды. Растворы применяют в пластичном состоянии при каменной кладке, торкретировании стенок выработки, тампонировании пустот за крепью, для закрепления металлических стержней в горной породе для подвески труб, при анкерной, железобетонной крепи и др. Маркой раствора называют предел прочности при сжатии, выраженный в 105 Па, кубиков со стороной 7 см через 28 дней после изготовления. Для каменной кладки применяют растворы марок 100, 75 и 50. Приближенно марка раствора может определяться по формуле Rр=Rц(1/n--0,05)+5, где Rц -- марка цемента; n -- число объемных частей песка на одну объемную часть цемента.
При небольшом объеме работ раствор готовят вручную, а при значительных объемах -- в растворомешалках. Готовят также сухие смеси с гидрофобными добавками, которые даже без специальной упаковки сохраняют свои свойства длительное время (до затворения водой), т. е. сохраняются без комкования и потери активности.

Полимерные или пластрастворы состоят из вяжущего, отвердителя, наполнителя, замедлителя и пластификатора. Пластрастворы могут применяться для упрочнения песков, трещиноватых пород и при анкерной крепи. В качестве наполнителя может применяться песок, а в качестве вяжущего -- синтетические смолы. В зависимости от вида смолы отвердителями служат: соляная или щавелевая кислоты, хлористый аммоний и др.

Полимерные растворы на геологоразведочных работах получили пока небольшое распространение и применяются для изготовления стеклопластика, используемого в качестве затяжки при креплении шурфов круглого сечения.

5. Классификация крепежных материалов

Крепь горная -- горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций: охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы; обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других воздействий воздуха и воды; уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение.

Современные крепи горные подразделяют: по назначению и виду выработок, где крепь применяют, -- на крепи капитальных, подготовительных и очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из которого изготовлена крепь горная -- на металлическую крепь, деревянную крепь, каменную крепь, железобетонную, бетонную, полимерную. Выделяют также смешанные крепи горные -- изготовленные из двух и более разнородных материалов, без значительного преобладания одного из них (например, рама из деревянных или железобетонных стоек с металлическим верхняком). По рабочей характеристике различают жёсткие крепи и податливые крепи; по характеру взаимодействия с окружающими породами -- поддерживающую крепь, подпорную крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, а также комбинированную крепь, обладающую свойствами нескольких перечисленных типов крепи горной.

В свою очередь, крепи горные капитальных и подготовительных выработок подразделяют: по сроку службы -- на временные крепи и постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей различного назначения и подземных помещений камерного типа принято называть обделкой); по форме очертания -- на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную, сводчатую, круговую; по степени перекрытия периметра сечения выработки -- на замкнутую и незамкнутую; по конструктивному исполнению -- на сплошную крепь, рамную крепь и анкерную крепь. Рамную и анкерную крепи горные обычно применяют в сочетании с межрамным ограждением. По способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную крепь горную.

Крепи горные очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению -- на индивидуальную крепь, механизированную крепь и щитовую крепь; по выполняемой функции -- на призабойную крепь и посадочную крепь.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям крепи горной: податливость системы "порода-крепь" при поддержании горных выработок в неустойчивых породах; криволинейность очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счёт уменьшения изгибающих моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, крепь горная подземных помещений камерного типа (в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внешние и внутренние нагрузки и по возможности в наибольшей степени включать в работу породный массив (причём деформации крепи горной не должны превышать заранее заданные достаточно малые величины); иметь конструктивно-минимальную толщину (выравнивающая монолитная крепь горная); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне затруднительно. К крепям капитальных горных выработок, учитывая длительный срок их службы, предъявляются повышенные требования надёжности и долговечности. В связи с этим основные крепёжные материалы, из которых они изготовляются, -- монолитный бетон и железобетон. В сложных горно-геологических условиях применяют сборные крепи горные из бетонных и железобетонных блоков и тюбингов. В благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лёгкие крепи (из набрызг-бетона, анкерную и др.).

Важное требование при проектировании крепи горной -- обеспечение минимального числа типоразмеров сечений, пригодных для крепления всех выработок с различным расположением транспортных средств. Конструкции сборной крепи горной разрабатывают с учётом их унификации и взаимозаменяемости узлов и деталей, что позволяет применить для изготовления наиболее прогрессивную технологию, улучшить качество изделий и поставить производство крепи горной на индустриальную основу.

Список используемой литературы

1. Источник: http://www.mining-media.ru/.

2. Источник: http://doloni.ru/gornodobyivayushhaya_promyishlennost_rossii.html.

3. Журнал "Горная Промышленность" №1, 2009.

4. Борисов С.С. Горное дело М.: Недра, 1988.