Реферат: Підготовка гірських порід до виїмки

Реферат з дисципліни:

Основи гірничої справи

Підготовка гірських порід до виїмки

Загальні відомості

Горизонтальні і похилі підготовчі вироблення проводять для підготовки родовищ до виймання корисної копалини. Ці виробітку не мають безпосереднього виходу на земну поверхню і служать для вентиляції, водовідливу, прокладання електросилових та освітлювальних кабелів, транспортування корисної копалини, матеріалів та інших вантажів, а також для пересування людей.

Геомеханіка

Основні уявлення про геомеханіці як науку про механічні явища і процеси в земній корі, що викликаються впливом гірничих робіт, і її об'єкті - масиві гірських порід, що є частиною земної кори. Поняття про масиві гірські породи, їх фізичний стан і найважливіші фізико-механічні властивості, а також про причини відмінності властивостей масиву і зразків гірських порід. Масштабний ефект і масштабні рівні. Геологічна і тектонічна будова масивів гірських порід. Класифікація масивів за міцністю, шаруватості, тріщинуватості і схильності до руйнування. Методи вивчення і прогнозування складу, будови, стану і властивостей гірських масивів. Деформованість, міцність і руйнування гірських порід і масивів. Механічні моделі для порід: пружні, жорстко пластичні, пружно пластичні, реологічні. Теорії міцності і критерії руйнування порід. Повні діаграми міцності. Деформаційні, міцні та реологічні характеристики гірських порід, їх фізичний зміст і розмірність. Паспорт міцності гірських порід, методи і технічні засоби його побудови. Методи і засоби випробувань порід в лабораторних і натурних умовах. Початкові гравітаційні і тектонічні поля напружень в масивах гірських порід, їх зв'язок з геодинамічним полем напружень. Характер напружено-деформованого стану масиву при таких полях, оцінка компонентів тензора напружень в його заданих точках. Геомеханічні процеси, що відбуваються в геологічному середовищі під впливом гірничих робіт, і управління ними при підземних і відкритих роботах, а також підземному і цивільному будівництві. Методи і засоби досліджень напружено-деформованого стану масиву гірських порід. Маркшейдерські прямі і непрямі методи. Особливості деформування та руйнування гірських порід і масивів в умовах тривимірного напружено-деформованого стану, включаючи область позамежного деформування. Процеси зменшення щільності і перед руйнування гірських порід при видобутку корисних копалин. Управління важкими покрівлями вугільних родовищ. Особливості деформування і руйнування породних масивів поблизу вибою, гирла і сполучень виробок. Деформування і руйнування покрівлі, ґрунту і породних ціликів очисних виробок. Зони опорного тиску в околиці виробок. Фізична природа концентрації напружень у зонах опорного тиску і характер розподілу напружень в залежності від низки які природних і виробничих факторів. Зрушення породних масивів під впливом підземних і відкритих гірничих робіт. Зв'язок зрушення гірських порід і газовиділення в гірничі виробки і на поверхню. Визначення параметрів зрушення породних масивів і земної поверхні. Захист будівель, споруд і природних об'єктів від шкідливого впливу підземних розробок. Динамічні прояви геомеханічних процесів у вигляді гірських ударів та раптових викидів; їх прогноз і попередження. Основні ознаки вибухонебезпечних порід. Механізм раптових викидів. Геодинамічного районування. Розкроювання шахтних полів в умовах блокового будови масиву, раціональне розташування виробок в активних геодинамічних зонах. Методи та засоби (включаючи геофізичні) вивчення та контролю геомеханічних процесів у масиві. Стійкість гірських виробок і підземних споруд. Взаємодія масиву гірських порід з інженерними конструкціями підземних споруд. Основні положення механіки підземних споруд. Кріплення гірничих виробок та їх роль в управлінні напружено-деформованим станом масиву. Капітальні, підготовчі та очисні виробки. Вимоги до вибору типу і параметрів кріплення. Геомоніторинг при будівництві підземних споруд. Обробка та інтерпретація результатів вимірів. Зворотний аналіз. Оцінка стійкості породних укосів і бортів кар'єрів. Основні фактори, що визначають їх стійкість. Гірничотехнічні і спеціальні способи управління станом бортів кар'єрів. Поняття про сейсмічних хвилях, їх параметри; вплив сейсмічних сигналів на споруджувані й експлуатовані підземні споруди. Принципи та прийоми геомеханічного впливу на масив для підвищення інтенсивності і тривалості нафто газоносних свердловин. Методи контролю. Зв'язок між геомеханічні і геодинамічних процесів. Методи досліджень геомеханічних процесів в лабораторних і натурних умовах. Предметне і аналогове моделювання. Критерії подібності. Методи: еквівалентних матеріалів, фото пружності, відцентрового моделювання. Зниження напору підземних вод у водоносних породах і їх осушення. Вплив підземних вод на стійкість гірничих виробок і укосів гірських порід. Гірничо-будівельний дренаж. Осадка товщ гірських порід у результаті глибокого водозниження.

Розкривні роботи

Розкривні роботи, видалення гірських порід, що покривають і вміщають корисна копалина при відкритій розробці. Розкривні породи, що не містять корисних компонентів, називаються порожніми породами і видаляються в зовнішні або внутрішні відвали. Якщо розкривні породи (наприклад, глини, піски, вапняки, крейда та ін.) придатні як, то вони піддаються подальшій переробці (дроблення, сортування і т. д.), після чого направляються споживачам. Розкривні роботи включають процеси підготовки порід до виїмки, виїмково-вантажні роботи, транспортування і ямоутворення.

Розтин родовища корисної копалини, проведення капітальних гірничих виробок, що відкривають доступ з поверхні до всього родовищу або його частини і забезпечують можливість проведення підготовчих гірських виробок, необхідних для обслуговування видобувних вибоїв.

Головні цілі Розтин родовища - створення транспортних зв'язків між очисними вибоями (місцем видобутку корисних копалин) та пунктом прийому його на поверхні, забезпечення умов для безпечного переміщення людей; подача чистого повітря до робочих дільниць (в шахтах).

Розтин для підземної розробки родовищ. Капітальні розкривають вироблення діляться на головні і допоміжні. До головних відносять вироблення, що мають безпосередній вихід на поверхню: вертикальні і похилі стовбури шахтні та штольні; до допоміжних - квершлаги, гезенки, бремсберги і ухили. Підготовчі виробки - це головним чином штреки, пройдені за корисні копалини. Способи розтину родовища дуже різноманітні і розрізняються за родом головних розкриваючих виробок, за їхнім розташуванням щодо пластів або рудних тіл, за наявності допоміжних розкриваючих виробок, за кількістю підземних транспортних горизонтів. Спосіб Розтин родовища залежить від рельєфу місцевості, цінності корисної копалини, форми, розмірів і глибини його залягання, потужності і кута падіння пластів або рудних тіл, їх числа і відстані між ними й інших факторів. При виборі способу розкриття вплив перерахованих вище геологічних і гірничотехнічних чинників враховується комплексно. До найважливіших з них слід віднести: мінімальні початкові капітальні витрати і терміни будівництва шахти; концентрацію виробництва за умови максимального збільшення видобутку з очисного вибою; концентрацію видобутку шахти на обмеженій кількості одночасно розроблюваних пластів; скорочення протяжності підтримуваних гірських виробок шляхом інтенсифікації очисних робіт і періодичного оновлення гірського господарства шахти за рахунок підготовки нових горизонтів або їх реконструкції. Розтин родовища вертикальними стовбурами є універсальним. Проходять не менше двох стволів (два безпечних виходу з шахти на поверхню), один з яких служить для подачі свіжого повітря в шахту, а другий - для відводу повітря на поверхню.

При розтині родовищ знаходить широке застосування схема, за якою стовбури 1, 2 проводять на повну проектну глибину; біля них споруджують вироблення від катувального горизонту (триствольний двір, квершлаг 3, головні штреки 4). Вгору по корисній породі проводять комплект похилих капітальних виробок (бремсберг 5 із ходками), а від них - штреки: відкатний 6 і вентиляційний 7. Між ними розташовують довгі очисні забої, які обладнують механізованими комплексами для видобутку корисних копалин. У верхній межі родовища споруджують вироблення вентиляційного горизонту. з очисного вибою транспортується по штреку 6, бремсберга 5, квершлаг 3 і через один із стовбурів видається на поверхню.

Рудні родовища зазвичай відрізняються непостійністю потужності і кутів падіння рудних тіл, наявністю великої кількості порушень, незначними розмірами по довжині, але з великим поширенням в глибину та ін Тому розкриття їх здійснюється вертикальними стволами і квершлагами, прохідними послідовно, у міру поглиблення стволів. Стовбури 1 для підйому корисної копалини у своєму розпорядженні приблизно в середній частині родовища, а стовбури 2 для вентиляції - на флангах.

При видобутку корисних копалин відбувається обвалення гірських порід і опускання верхніх товщ. Тому при Розтин родовища крутих і похилих шахтні стовбури проходять в породах лежачого боки поза зоною зсовування з тим, щоб уникнути деформації стовбурів. Крім того, це виключає втрати цінних руд в охоронних ціликах, необхідних для охорони стовбурів. Похилими стовбурами розкривають зазвичай відокремлені пласти або рудні тіла при порівняно невеликій глибині їх залягання. Стовбури проходять під кутом до 18 ° і при розкритті пластів розташовують по корисної копалини, а рудних тіл - в порожніх породах лежачого боки. Спочатку похилі стовбури розкривають запаси верхнього горизонту; у міру їх відпрацювання стовбури поглиблюють до наступного горизонту і т.д.

Розтин родовища з допомогою штолень виробляють при сильно розчленованому рельєфі місцевості, коли застосування вертикальних або похилих стовбурів технічно неможливо або економічно недоцільно. У залежності від розташування родовища по відношенню до гірського схилу штольні проводять з корисних копалин або по пустих породах. Можливо поєднання головних розкриваючих виробок, наприклад вертикальних і похилих стволів (комбінований спосіб розтину). Похилий ствол в цьому випадку використовується для конвеєрного транспорту корисної копалини на поверхню, а вертикальний - для допоміжних цілей.

Розтин для відкритої розробки родовищ включає проведення похилих (капітальних) відкритих виробок з поперечним перерізом східчастої форми або у вигляді трапеції або трикутника (напів траншей) з поверхні землі або від розроблюваної частині кар'єру до новостворюваних робочим обріїв. Безпосереднім продовженням капітальної траншеї є горизонтальна вироблення з трапецеподібним (трикутним) поперечним перерізом - розрізна траншея (напів траншея), що проводиться для створення початкового фронту гірничих робіт.

Визначальними елементами траншеї є кінцева її глибина, поздовжній ухил підошви, ширина підстави, довжина, кути укосів сортів. Глибина капітальних траншей дорівнює висоті одного або декількох уступів. На підошві траншеї розміщуються транспортні комунікації і ширина основи траншей визначається габаритами транспортних судин (наприклад, думпкарів, автосамоскидів). Поздовжній ухил похилих капітальних траншей, призначений для або автомобільного транспорту, в більшості випадків не перевищує відповідно 40 і 80 ‰. Круті траншеї для конвеєрів мають ухил до 18 °, а для скіпів - до 45 °. Якщо напрямок переміщення гірських порід (вантажопотоків) з кар'єру різне, кожен уступ може розкриватися окремої капітальної траншеєю. Групові траншеї застосовуються для поділу вантажопотоків розкривних порід і корисної копалини. Зовнішніми стаціонарними траншеями розкривають кар'єри, розробляють горизонтальні і пологі поклади. Розтин родовища ковзаючими з'їздами дозволяє зменшити обсяг гірських робіт в період будівництва кар'єру. Ковзаючими з'їздами розкривають зазвичай 2-4 нижніх робочих уступу при розробці круто падаючих родовищ. Розтин родовища внутрішніми капітальними траншеями здійснюють при розробці похилих покладів корисних копалин (до 27-30 °). Траса системи капітальних траншей (просторове положення і напрямок поздовжньої осі траншів) може бути простою, якщо траншеї розташовані на одному борту кар'єра і напрямок руху транспортних засобів не змінюється. Складна траса складається з двох або декількох ділянок різного напрямку, з'єднаних між собою за допомогою тупиків (при транспорті) або петель малого радіуса (зазвичай при автотранспорті). Спіральна траса проходить по всіх бортах кар'єра, оперізуючи його один або кілька разів. Часто 2-3 верхніх уступу кар'єра розкривають зовнішніми траншеями, а нижче лежачі уступи - внутрішніми капітальними. Іноді кар'єри розкривають підземними виробками - похилими і вертикальними стовбурами з штольнями або тунелями.

Вибір раціонального способу розтину родовища провадиться в період проектування гірничого підприємства і є складною інженерною задачею в силу специфіки гірничого виробництва: нестабільність виробничих умов (мінливість природних факторів); розкиданість робочих місць і їх безперервне переміщення; необхідність постійного відтворення вибувають (відпрацьованих) очисних вибоїв. При проектуванні, крім класичного математико-аналітичного, застосовується метод комплексної оптимізації проектних рішень, при якому розробляється кілька варіантів Розтин родовища з подальшим складанням економіко-математичної моделі шахти (кар'єру). При подальшому вирішенні на ЕОМ відшукується найкращий варіант. Про Розтин родовища природного газу, нафти, торфу див. в ст.

Руйнування гірських порід, буро-вибухові роботи

Короткі історичні відомості

Першим вибуховою речовиною був чорний (димний) порох, який застосовували протягом декількох століть для військових цілей.

Порох винайдений в Китаї в стародавні часи; дата його винаходу, а також імена винахідників не встановлені.

На Русі поява пороху відноситься до XIV ст. Перші порохові заводи, або як їх у той час називали, порохові млини, з'явилися в XV ст.

У 1548 - 1572 рр.. в Росії порох вперше був використаний для підривання підводних скель і каменів на річці Німан.

Перші відомості про застосування пороху в гірничій справі в Росії наведені у праці великого російського вченого М.В. Ломоносова «Про народження і природу селітри», написаному в 1749 р. У цій роботі він дав наукове тлумачення вибухової перетворення пороху і його дії на руйнується середу .

У 1835 р. Були проведені випробування, спрямовані на посилення дії пороху своєрідними прийомами, що представляють собою зачатки використання кумулятивного ефекту.

Перший період розвитку вибухової справи характерний примітивною технікою бурових робіт, яка, за описом Ломоносова і його сучасника І. Шлаттера, зводилася до ручного буріння шпурів діаметром 28, 37 та 50 мм, глибиною близько 1 м.

Заряджання шпурів виробляли розсипних порохом, а при наявності в шпурах води - патронованими в паперову оболонку. Для набійки застосовували глину. До цього часу були розроблені деякі правила безпеки, які рекомендували, наприклад, підривнику не входити в забій негайно ж, якщо не стався вибух заряду пороху.

Перша половина XIX ст. Ознаменувалася подальшим розвитком техніки буро-вибухових робіт: з'являються венцових (хрестові) та інші форми головки бурів, уточнюються вимоги до пороху, глибина шпурів збільшується до 1,5 м. Починають застосовувати вибуховий вруб.

До того ж часу відноситься перша спроба класифікації гірських порід за видобутку, проведена на рудниках Коливано - Воскресенських заводів, і відкриття російськими інженерами електричного способу підривання зарядів.

У 1812 р. У Росії П.Л. Шиллингом був винайдений перший електро запальник. У 1822 р. Проводяться досліди по електро підривання. В надалі питання електро підривання були розвинені М.М. Борескова. Успіхам електро підривання в Росії чимало сприяв відомий радянський вчений електротехнік Б.С. Якобі. Ідея створення контрольно-вимірювальних приладів для електричного підривання належить російським дослідникам. Російськими фахівцями (Гавриловим і Шпакова) була розроблена також і теорія електро - висадження.

У першій половині XIX ст. З'являються перфоратори - обертальні бурильні механізми, які приводяться в дію в ручну.

У 1831 р. В Англії був винайдений вогнепровідний шнур (шнур бікфордів).

У першій половині XIX ст. Запропоновано ряд ВВ. більш потужних і безпечних.

У 1853 р. Російським вченим академіком М.М. Зініним був винайдений динаміт. Володіючи великою потужністю і значною перевагою в порівнянні з порохом, динаміт швидко набув поширення в практиці вибухових робіт.

Винахід динаміту зажадало створення відповідних потужних ініціаторів. В якості початкового імпульсу М. М Зінін застосував невеликі порохові заряди, займисті вогнепровідного шнура. Цей метод ініціювання не дозволяв отримати повну потужність від вибуху динамітного заряду. У 1867 р. Шведським інженером А. Нобелем був винайдений капсуль-детонатор, застосування якого підвищило ефективність підривання динамітом.

На базі робіт Д.І. Менделєєва, який розробив піроколлодій, російськими хіміками в 1890 р. була створена вибухівка желатину - основа для виробництва желатино романних динамітів.

У 1867 р. в Швеції були винайдені амоніти.

Друга половина XIX ст. Характеризується розвитком техніки вибухових робіт; з'являються обґрунтовані вимоги до вибору місця розташування снаряда ВВ з метою отримання найбільшого опору і взаємозв'язку її з величиною заряду ВР.

Велике значення для розвитку науки і техніки вибухової справи мали запропоновані М.М. Фроловим і М.М. Борескова формули для розрахунку зосереджених зарядів.

В останній чверті XIX ст. При переході на розробку більш глибоких горизонтів виникла необхідність у вишукуванні нових безпечних ВВ для підривних робіт у шахтах, небезпечних по газу або вугільного пилу.

Методи вибухових робіт

1. Метод шпурових зарядів характеризується подовженими розрядами в шпурах. Застосовується: на підземних розробках при проведенні гірничих виробок і частково при відбою корисних копалин в очисних виробках; на відкритих розробках при потужності пласта корисної копалини до 6 м.; при селективній видобутку, коли потужність окремих пластів невелика; при розробці цінних корисних копалин, коли необхідно зберегти їх структуру або уникнути дроблення.

2. Метод свердловинних зарядів характеризується подовженими зарядами, що розташовуються в свердловинах діаметром 75 - 300 мм. Застосовується на відкритих розробках при висоті уступу більше 6 м, а також на підземних розробках для відбою руди.

3. Метод камерних зарядів характеризується застосуванням зосереджених зарядів величиною від декількох тонн до декількох тисяч тонн, що розміщуються у спеціально пройдених виробках - камерах. Застосовується: на підземних розробках в рудної промисловості при відбою корисних копалин, при підриванні між камерних ціликів і поглинання пустот після відпрацювання камер; на відкритих розробках при розпушуванні великих мас породи на кар'єрах будівельних матеріалів і при будівельних роботах.

4. Метод мало камерних зарядів (метод рукавів) полягає в застосуванні невеликих зосереджених зарядів ВР, розміщених в кінцевій частині рукавів. Застосовується на відкритих розробках при висоті уступу не більше 8 м, глибина рукавів не повинна перевищувати 5 м. Широкого поширення метод не отримав

5. Метод зовнішніх зарядів (накладних зарядів) характеризується застосуванням зарядів, прикладених до руйнованому об'єкту. Застосовується: при дробленні негабаритних каменів на відкритих розробках; на горизонті грохочення при підземних розробках, а також при ліквідації заторів вище горизонт грохочення. Широкого поширення не має із за високої витрати ВВ.

Способи буріння

1. Обертальне буріння застосовується в породах порівняно невеликий фортеці (коефіцієнт міцності за Протодьяковому f = 6-8). У процесі буріння буровий інструмент безперервно обертається навколо своєї осі, що збігається з віссю свердловини (шпуру), і одночасно подається вздовж неї на забій свердловини. Руйнування породи проводиться в основному сколюванням з поверхні

2. Ударне буріння використовується в породах з коефіцієнтом фортеці 6 і вище, що вимагають значних зусиль на одиницю леза бурового інструменту

3. Ударно-обертальне буріння. При цьому способі буріння відбувається безперервне руйнування породи без відриву бурового інструменту від вибою шпуру або свердловини. Воно здійснюється буровими агрегатами, які складаються з окремих механізмів ударної дії.

Список літератури

родовище розтин вибуховий буріння

1. Гірнича справа: Енциклопедичний довідник.

2. Інтернет статті http://www.oval.ru/enc/15486.html