Горное дело

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ГОРНОЕ ДЕЛО

Горное дело зародилось в глубокой древности и относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающих существование и уровень развития цивилизации.

Горное дело, как область промышленного производства, охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, их разработку, первичную переработку добываемого минерального сырья, строительство горных предприятий и подземных сооружений различного назначения.

Горнодобывающая промышленность, как составная часть горного дела имеет целью добычу и первичное обогащение полезных ископаемых. Она поставляет минеральное топливо - уголь, торф, нефть, газ, горючие сланцы, различные руды, горнохимическое сырьё, строительные материалы и др.

Развитие горнодобывающей промышленности играет большое значение в экономике государства, определяет его самостоятельность и обороноспособность. уголь горнодобывающий шахтный выработка

Уголь - топливо будущего!

По данным Мирового угольного института, на долю угля приходится около 90% энергетического потенциала всех пригодных для разработки полезных ископаемых органического происхождения. При существующем уровне потребления предельное истощение мировых запасов нефти и газа наступит к 2035 году. К 2010-2015 гг. мировая потребность в угле может вырасти почти в два раза. Это означает, что в третьем тысячелетии уголь как выступает на первый план и становится важнейшим, а затем основным энергоносителем. Важнейшим производителем каменного угля в России является Кузнецкий Угольный Бассейн.



2. КУЗНЕЦКИЙ УГОЛЬНЫЙ БАССЕЙН

Балансовые запасы каменного угля Кузбасса категории А+В+С1 оцениваются в 57 млрд.т., что составляет 58,8% каменных углей России. При этом запасы коксующихся углей составляют 30,1 млрд.т., или 73% всех запасов страны.

В Кузбассе добывается практически весь спектр марок каменных углей. Недра Кузбасса богаты другими полезными е ископаемыми- это марганцевые, железные, фосфоритовые, нефелиновые руды, горючие сланцы и др. полезные ископаемые. Кузнецкие угли отличаются высоким качеством :зольность 8-22%, содержание серы- 0,3 -0,6%, удельная теплота сгорания - 6000 - 8500 ккал/кг. Средняя глубина разработки подземным способом достигает 315м. Около 40% добываемого угля потребляется в самой кемеровской области и 60% вывозится в другие районы России и на экспорт. В структуре экспорта угля из России на Кузбасс приходится свыше 70% его физического объема.

Беловский район является одним из старейших районов по добыче угля в Кузбассе. Балансовые запасы каменного угля Беловского района составляют более 10млрд. тонн. Освоение Кузнецкого угольного бассейна началось в 1851 году с более или менее регулярной добычи топлива на Бачатской копи для Гурьевского металлургического завода. Бачатская копь находилась в шести верстах к северо - востоку от села Бачаты. Сейчас на этом месте находятся шахты «Чертинская - Коксовая», «Новая-2» и разрез «Новобочатский».

Первенцем угольной промышленности г.Белова считается шахта "Пионерка", в 1933г. здесь была добыта первая тонна угля. В настоящее время Беловский район является самым крупным районом по добыче угля в Кузбассе. В Беловском районе находится географический центр Кемеровской области.

Для горнодобывающей промышленности характерны:

§ огромное влияние на окружающую среду, что создает экологические проблемы при освоении месторождений полезных ископаемых;

§ постоянное перемещение рабочего места, что предъявляет особые требования к средствам механизации и автоматизации производства;

§ постоянное увеличение глубины горных работ, что обусловливает ухудшение горно - геологических условий разработки, возможность возникновения газодинамических явлений, рост температуры рудничной атмосферы.

Все это создает предпосылки к снижению комфортности и повышению опасности труда. Шахта - горное предприятие, ведущая разработку полезного ископаемого подземным способом. Разрез - горное предприятие, ведущая разработку полезного ископаемого открытым способом. Обогатительная фабрика - горное предприятие, ведущее переработку угля (обогащение).

Промышленное использование углей

Производство эл. энергии, получение металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, химическая переработка - более 300 наименований продуктов; получение высокоуглеродистых углеграфитовых конструктивных материалов ( особопрочные термостойкие), горного воска, пластических масс, синтетических волокон, жидкого и газообразного высококолорийного топлива, ароматических продуктов, высокоазотистых гуминовых кислот для удобрений. Из углей извлекают редкие металлы: германий, галий и пр. Используют отходы - золы и отходы углеобогащения для производства алюминия, в качестве керамического и огнеупорного сырья, строительных материалов, средств очистки промышленных сточных вод и многое другое.

Происхождение угля.

Угли - твердые горючие ископаемые, образовавшиеся из отмерших растений. Углеобразование - последовательное превращение отмерших растений в ископаемый уголь.

Процесс углеобразования протекал с различной интенсивностью в отдельные геологические периоды истории Земли на крупных площадях и локальных участках всех континентов, где сложились благоприятные условия (кембрий - палеозой, мезозой, кембрий - 400 - 60 млн. лет). Влажный жаркий климат способствовал быстрому росту пышной растительности. Растительность накапливалась, заливалась древними морями и реками, заносилась илом, песком. В результате биохимических реакций без доступа аэробных бактерий (без доступа воздуха) растительная биомасса постепенно превращалась в ископаемый уголь - бурый, каменный, антрацит. В результате геологической деятельности - опускания и поднятия морского дна, происходивших по несколько раз - образовалось много отдельных пластов угля, разделенных слоями пустых пород.

Для того, чтобы добыть уголь и отгрузить его на склад, производятся следующие технологические процессы:

1. Вскрытие шахтного поля.

2. Подготовка шахтного поля к очистной выемке (проведение выработок).

3. Очистная выемка.

4. Транспортировка добытого угля на склад или потребителю.

1. Вскрытие шахтного поля.

Шахтное поле - часть месторождения угля, которая отводится для разработки одной шахтой. Чтобы осуществить разработку месторождения угля, его вскрывают, т.е. делают доступным с земной поверхности. Для вскрытия проводят стволы, штольни, квершлаги, бремсберги, уклоны. Эти выработки и сами горные работы по их проведению называют капитальными.

Схемы вскрытия шахтного поля.

Основными факторами, влияющими на выбор схемы вскрытия шахтного поля, являются: Число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, расстояние между пластами, мощность наносов, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности, производственная мощность шахты, размер шахтного поля, срок службы шахты, уровень развития горнодобывающей техники, способ подготовки шахтного поля, системы разработки, схемы вентиляции и пр. Вскрытие вертикальными стволами являются наиболее распространенными, применяются при горизонтальном, пологом, наклонном, крутонаклонном и крутом залегании одиночных пластов или свиты пластов.

Подготовка шахтного поля к очистной выемке.

После того как месторождение или шахтное поле вскрыто, оно подготавливается к очистной выемке. Для этого при помощи различных подготовительных выработок оно разделяется на отдельные выемочные поля. В каждом таком выемочном поле нарезается определенное количество очистных забоев (лав), в которых производятся работы по выемке угля. Такие выработки и такие работы носят название подготовительных.

Проведение выработок (подготовительные работы).

Проведение горных выработок, в зависимости от горно - геологичеких условий, могут осуществляться различными способами:

1. Буровзрывным

2. Комбайновым

3. Гидравлическим

4. Вручную.

Проходческим циклом - называют совокупность основных и вспомогательных процессов, при однократном выполнении которых за определенное время забой выработки подвигают на установленную величину. В зависимости от крепости пород выработки проводят буровзрывным способом, с помощью проходческих комбайнов, гидромеханизации, и реже отбойными молотками (в ручную). Способ проведения горной выработки характеризуется технологической схемой её проведения - расстановкой машин и механизмов по разрушению горной массы, погрузке её и транспортированию, возведение крепи. Технологическую схему выбирают в зависимости от горно-геологических и производственно - технических условий (площадь сечения, протяженность, срок службы, скорость проведения, материалов и оборудования и пр.)

При проведении горных выработок различают основные и вспомогательные процессы. Основные - связаны с проведением и креплением выработки. Вспомогательные - возведение временной крепи, навеска вентиляционных труб, наращивание конвейера или настилка рельсовых путей, прокладка труб, кабелей и др.

Горные выработки проводят в соответствии с паспортом выемочного участка, составной частью которого является паспорт проведения и крепления выработки. Составляется для каждого участка. Его разрабатывает главный технолог шахты и начальник участка, согласовывается с начальниками участков служб, утверждается главным инженером. Паспорт проведения и крепления выработки состоит из графической части и пояснительной записки. Графическая часть содержит:

§ выкопировку с плана горных работ и стратиграфическую колонку ( место положения выработки и горные породы, в которых проводится выработка);

§ продольный и поперечный разрезы выработки в М 1:100 или 1:50, в которых должны быть указаны сечение и размеры выработки, её расположение по отношению к пласту угля и боковым породам;

§ конструкцию и размеры постоянной и временной крепей, минимальное и максимальное отставание крепи от забоя, расстояние между осями рам, расклинку рам, расположение затяжек, заполнение закрепного пространства;

§ типы и размещение проходческого и транспортного оборудования, вентиляторов местного проветривания с вентиляционными трубами, величины зазоров;

§ планограмма работ и пр.

Если выработка проводится буровзрывным способом, то составляется паспорт БВР.

Пояснительная записка:

§ геологическая характеристика пласта и вмещающих пород;

§ показатели;

§ выбор параметров, типа крепи и забойного оборудования;

§ технология возведения крепи, потребность в материалах;

§ вспомогательные работы; - проветривание, противопожарная защита, энергоснабжение;

§ доставка материалов и оборудования;

§ меры безопасности при работе.

Запрещается вести горные работы без утвержденного паспорта или с отступлением от него. При изменениях паспорт должен быть изменен и переутвержден в суточный срок. До начала работ все рабочие и ИТР участка должны быть ознакомлены с паспортом и изменениями под роспись.

1. Буровзрывная технология проведения горных выработок

Включает в себя: бурение шпуров, заряжание, взрывание зарядов, выгрузку отбитой горной массы, крепление выработки и вспомогательные работы. Взрывные работы могут применяться в породах различной крепости, но они наиболее экономичны в породах средней крепости и в крепких, когда другие виды работ недостаточно эффективны. Для размещения заряда в массиве горных пород образуют полость - шпур, скважину или выработку (камеру). Соответственно и методы взрывных работ называют методами шпуровых, скважинных или камерных зарядов. Диаметр шпуров обычно составляет 30 - 75 мм, а глубина - до 5м. Шпуры, имеющие диаметр более 75мми глубину более 3м, называют скважинами. Бурение шпуров осуществляется вручную или буровыми установками.

Погрузка горной массы при проведении выработок буровзрывным способом наиболее трудоемкий процесс проходческого цикла. Погрузку производят вручную и механизированным способом. При механизированном способе применяются различные погрузочные машины и скреперные комплексы.

Крепление выработки, в зависимости от вида крепи, осуществляется вручную или с помощью различных механизмов.

Вспомогательные работы, это - доставка материалов, наращивание вентиляционного и водяного ставов, переноска датчиков, наращивание конвейера и пр.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК КОМБАЙНОМ

Применение проходческих комбайнов при проведении выработки позволяет механизировать основные проходческие процессы - отбойку, погрузку и транспортировку отбитой горной массы из забоя выработки. А применение комплексов, кроме этого, позволяет механизировать и крепление горных выработок. При использовании комбайнов повышается скорость проведения выработок, увеличивается производительность труда, снижается стоимость проведения, повышается безопасность труда проходчиков. Проходческие комбайны избирательного действия получили наибольшее распространение на шахтах России. Они предназначены для механизации проведения горных выработок любой формы поперечного сечения выработок, кроме круглой. Их исполнительный орган выполнен в виде резцовой коронки, установленной на поворотной рукояти - стреле, совершающей при обработке забоя качательные движения в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Эти комбайны имеют, как правило, гусеничную ходовую часть и могут быть использованы при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок по углю и смешанным забоем с присечкой породы. Они могут работать в сложных горно - геологических условиях с наличием сбросов, пережимов и утонений пласта, при неустойчивой кровле, слабой почве и значительной обводненности.

Формы и размеры поперечного сечения выработок.

Факторы, влияющие на выбор формы и размера поперечного сечения горной выработки являются: Физико - механические свойства горных пород, назначение и срок службы выработки, положение выработки в пространстве, размеры её поперечного сечения, величина и направление горного давления, количеством воздуха, пропускаемого по этой выработке, максимальными размерами оборудования или транспортных средств, располагающимися в этой выработке, допустимыми зазорами между наружными размерами транспортных средств и внутренней стенкой выработки и многое другое. Поперечное сечение выработок должны соответствовать типовым их сечениям. Минимальные площади поперечного сечения, зазоры, ширина проходов для людей, устанавливаются действующими правилами безопасности. В зависимости от вышеуказанных факторов горные выработки имеют различные формы поперечного сечения:

Очистная выемка.

После вскрытия и подготовки шахтного поля начинается очистная выемка.

Очистные работы - работы непосредственно по выемке полезного ископаемого, креплению забоя и управления кровлей. Очистная выемка - процесс отбойки, погрузки на забойный конвейер и доставка угля до ближайшей транспортной выработки. Очистная выемка - главный процесс очистных работ. Работы по очистной выемке могут производиться вручную, при помощи буровзрывных работ, комбайнами и механизированными комплексами, гидравлическим способом. Очистной забой - место, где осуществляется добыча полезного ископаемого. После извлечения полезного ископаемого в процессе очистных работ образуются пустоты - выработанное пространство, в результате чего производятся работы по креплению и управлению кровлей. Крепление забоя и управление кровлей должны обеспечивать нормальное выполнение работ по очистной выемке. Применяется множество способов крепления и управления кровлей. Т.е. добыча полезного ископаемого сводится к выполнению определенных технологических процессов. Порядок и последовательность проведения очистных и подготовительных выработок и их взаимная увязка во времени и пространстве называется системой разработки данного месторождения. Правильно выбранная система разработки должна обеспечить безопасность, экономичность работ и минимальные потери полезного ископаемого. При выборе системы разработки принимаются во внимание мощность и угол падения пласта, его строение, крепость, свойства боковых пород, водообильность, наличие вредных для здоровья и опасных газов - таких, как рудничный газ (метан), углекислота, оксид углерода и пр. Рациональная система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечить безопасность ведения горных работ; высокий уровень технико-экономических показателей (наиболее высокий уровень производительности труда, минимальную себестоимость); иметь минимальные потери. На выбор систем разработки оказывают влияние следующие факторы: форма залегания, строения, мощность и угол падения пласта; свойства угля и вмещающих пород; газаносность и обводненность; склонность угля к самовозгоранию; склонность к горным ударам, внезапным выбросам; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ и пр. Разнообразие горно - геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их параметров;

1. Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность.

§ С длинными очистными забоями (длина забоя более 20м) - сплошные, столбовые, комбинированные.

§ С короткими очистными забоями (менее 20м) - столбовые, камерные.

2. С разделением пласта на слои - наклонные, горизонтальные, поперечно-наклонные.

Столбовые системы разработки.

В Росси наиболее распространенные столбовые системы разработки с длинными очистными забоями. Это такие системы разработки, при которых часть пласта до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, в результате чего образуются столбы - по простиранию, по падению (восстанию), диагональные столбы. Наиболее распространенной системой является система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (вариант лава-ярус). При этой системе нарезается столб угля длинной 1-3км, ширина столба - 100-300м.

В монтажной камере монтируют механизированный комплекс и начинают отработку столба обратным ходом. В это же время ведется подготовка следующей лавы в нижележащем ярусе.

Уголь от очистного забоя транспортируется по конвейерному штреку, затем по бремсбергу до погрузочного пункта на откаточном штреке. Свежий воздух в очистной забой подают с откаточного штрека по ходкам и конвейерным штрекам. Исходящая струя по вентиляционному штреку поступает в ходки и далее на вентиляционный горизонт шахты или по шурфу на поверхность. Применяют при любых углах падения на пластах средней мощности, а на пологих пластах при комплексно- механизированной выемке - до 5-6м. Преимущество - снижаются затраты на поддержание подготовительных выработок (по сравнению со сплошной системой), обеспечивается доразведка условий залегания пласта, независимое ведение подготовительных и очистных работ. Недостатки - более поздний срок ввода в эксплуатацию выемочных полей и более сложная схема проветривания.

Щитовая система разработки является разновидностью столбовой системы, применяется на пластах большой мощности и крутопадающих пластах. Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пласта на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щитовой крепи.

Щитовое перекрытие монтируют в специальной монтажной камере (рассечке) на горизонте вентиляционного штрека. Щит изготавливается из металлических балок, поверх них - накат из бревен, или несколько накатов. Затем, для увеличения веса щита, на щит обрушают породу. Для проветривания очистного забоя после отбойки угля, когда нижние части печей заполнены углем, между и второй печами от выработанного пространства проводят специальную вентиляционную печь по восстанию пласта ан 15-20м. Выемка угля под щитовым перекрытием осуществляется буровзрывным способом. Обуриваются опорные целики под щитом, заряжается взрывчатка, производятся взрывание. Щит опускается и выдавливает отбитый уголь в углеспускную печь. Шаг посадки щита - 0,8-1,2м, т.е. за одно взрывание щит опускается на 0,8-1,2м.

Достоинства: отсутствие работ по креплению забоя и управлению кровлей; транспорт угля из- под щита - под действием своего веса. Недостатки: значительные эксплуатационные потери, достигающие 25-30%; большой объем подготовительно - нарезных работ (40-45 м на 1000т добычи), забучивание печей, высокая пожароопасность. В настоящее время на крутых пластах применяются более прогрессивные механизированные щитовые комплексы.

Системы разработки при гидравлической добыче.

Сущность гидравлической добычи состоит в том, что очистная выемка ведется при помощи высоконапорной струи воды, выбрасываемой гидромониторами. Размытый уголь в виде пульпы самотеком поступает в приемные, аккумулирующие выработки - камеры углесосов, а уже углесосами перекачивается на поверхность, на обогатительную фабрику.

Для обеспечения самотечного транспорта все транспортные выработки проводятся с уклоном не менее 0,05(50) в сторону пульпоприемных выработок и стволов. Подготовительные выработки проводятся при помощи механогидравлических комбайнов. Наиболее распространенная система разработки - короткими очистными забоями.

При гидравлической добыче угля производительность труда рабочих в 2-3 раза выше, а себестоимость угля в 1, - 3 раза ниже, чем при «сухой» традиционной технологии.

Недостатки: большие потери угля, большой объём подготовительных выработок, ухудшение санитарных условий труда вследствие подачи в шахту большого количества воды.

Технология очистной выемки.

Технология очистной выемки - совокупность производственных процессов, выполняемых а определенной последовательности в пространстве и времени направленных на получение готовой продукции (на добычу угля). Рабочие процессы: основные - разрушение, погрузка, транспортировка, крепление и управление кровлей; вспомогательные - вентиляция, водоотлив, передвижение транспортных средств, перенос коммуникаций, освещение и пр. Для очистной выемки применяется три способа разрушения: механический, буровзрывной и гидравлический. Буровзрывное разрушение наибольшее распространение получило при добыче руд, крепость которых f>4. Гидравлическое разрушение при подземной добыче угля используется в небольшом объеме. Наибольшее распространение в настоящее время получила механизированная выемка угля - при помощи очистных комбайнов и струговых установок.

При выемке угля комбайном вдоль очистного забоя по раме конвейера движется очистной комбайн, рабочий орган (в виде шнека) которого отбивает полосу полезного ископаемого обычно шириной 0,63 или 0,8м (узкозахватная выемка) и грузит его на забойный конвейер.

При струговой выемке по раме забойного конвейера перемещается струг, который исполнительным органом скалывает слой угля 5-10см и погрузочным лемехом грузит его на конвейер.

При выемке полезного ископаемого образуются пустоты - выработанное пространство, которое постоянно увеличивается, соответственно увеличивается площадь горных пород, которые лишаются опоры и обрушаются. Для сохранения устойчивого состояния очистной выработки осуществляют комплекс мероприятий - управление кровлей.

Существует несколько способов управления кровлей:

1. полное обрушение;

2. плавное опускание;

3. удержание на кострах;

4. полная закладка.

Полное обрушение - наиболее распространенный способ управления кровлей. Сущность способа - периодическое обрушение непосредственной кровли по мере подвигания очистного забоя. Непосредственная кровля обрушаясь, заполняет выработанное пространство и подбучивает основную кровлю. Тем самым предупреждается или ослабеваеются интенсивные обрушения основной кровли.

Плавное опускание применяют в породах, способных плавно опускаться без разрушения кровли. Мощность пласта до 1-1,2м, в Донбассе. Сущность способа: вслед за очистной выемкой устанавливают деревянную крепь. По мере удаления очистного забоя (увеличения выработанного пространства) деревянная крепь вдавливается в почву или ломается, а кровля на расстоянии 10-30м от забоя плавно опускается на почву.

Удержание на кострах применяется на тонких крутонаклонных и крутых пластах. По мере подвигания очистного забоя на стойках деревянной призабойной крепи выкладываются деревянные костры прямоугольной формы. Расстояние в ряду между кострами 4-6м, а между рядами -1,8-2,7м. Оставленные в выработанном пространстве костры постепенно сдавливаются и разрушаются, а кровля прогибается и обрушается на некотором расстоянии от призабойного пространства. Способ имеет ограниченное применение, трудоемкий, большой расход леса.

Полная закладка - все выработанное пространство за пределами призабойного закладывают породой. Способ дорогостоящий, трудоемкий, применяется при выемке угля под застроенными территориями, водоемами, железными дорогами, на мощных самовозгорающихся пластах. В качестве закладочного массива используется песок, гравий, отходы обогатительного производства и пр.

Для предотвращения обрушения пород кровли при очистной выемке, сохранения площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением устанавливается крепь очистных выработок. Крепь должна удовлетворять следующим требованиям: должна быть прочной и устойчивой, обладать податливостью, иметь минимальный вес, обеспечивать механизацию установки и передвижки; иметь необходимую площадь призабойного пространства для пропуска достаточного количества воздуха; не должна мешать выполнению других производственных процессов, должна быть недорогой, надежной и долговечной. Наибольшее распространение получили индивидуальные и передвижные крепи.

Индивидуальные - состоят из отдельных, не связанных между собой конструктивных элементов, устанавливаемых вручную вслед за подвиганием забоя. Индивидуальная крепь подразделяется на призабойную и специальную - посадочную. Призабойная служит для поддержания кровли в рабочем пространстве выработки, а специальная устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и выполняет роль режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением. К индивидуальным относится деревянные стойки, костры, металлические и гидравлические стойки, посадочные тумбы. В настоящее время наиболее распространены передвижные крепи - гидрофицированные крепи механизированных комплексов, которые бывают четырех типов:

Работа секции: секция механизированной крепи создает необходимое сопротивление породам кровли перекрытием 5 и шарнирным козырьком -6 гидравлическими стойками 2. Давление на почву передается основанием 1. При передвижке секции гидродомкраты 2 опускают перекрытие 5, гидродомкрат 9 «подтаскивает» секцию к лавному конвейеру, домкраты 2 (распирают) прижимают перекрытие к кровле. Для передвижки лавного конвейера включаются на выдвижку гидродомкраты 9 и передвигают конвейер по всей его длине.

b>Расположение оборудования в очистном забое

При комплексно - механизированной выемке достигается высокий уровень механизации рабочих процессов в очистном забое: выемка угля комбайном, погрузка его на забойный конвейер и транспортирование его до штрекового перегружателя, передвижка секций крепи (крепление и управление кровлей), передвижка забойного конвейера, концевые операции.

Выемка угля производится следующим образом: комбайн, двигаясь по лаве, вынимает полосу угля шириной 0,63 или 0,8м. вслед за комбайном производится передвижка секций механизированной крепи, т.е. крепление обнаженной кровли. После выемки угля по всей длине лавы, производится задвижка лавного конвейера, т.е. лавный конвейер перемещается вплотную к забою. Далее производятся концевые операции - передвижка секций сопряжения, перегружателя и другие операции. Затем комбайн зарубается в пласт и операция повторяется: выемка, передвижка секций, передвижка конвейера, заключительные операции, зарубка комбайна на новую полосу, т.е. повторяется новый цикл.

Все работы в очистном забое производятся согласно паспорта выемочного участка, который состоит из двух частей: пояснительной записки и графической части. В пояснительной записке дается характеристика вмещающих пород, краткое описание выбранного способа управления кровлей и конструкции механизированных крепей, пути передвижения людей, меры безопасности при выполнении основных и вспомогательных рабочих процессов, противопожарная защита и др. Графическая часть состоит из разделов: выкопировка с плана горных работ с горно - геологическим прогнозом; проведение, крепление и ремонт подготовительных выработок; выемка угля, крепление и управление кровлей в очистном забое; мероприятия по охране труда и безопасности работ; энергоснабжение; транспорт угля, породы, материалов, перевозка людей.

В разделе выемка угля, крепление и управления кровей содержится: План очистной выработки и ее концевых участков в масштабе 1:100 или 1:50, расстановка оборудования и его тип и конструкция; схема выемки и передвижки крепи в лаве и на сопряжениях; допустимые размеры обнаженной кровли и зазоры, и др. А также таблица расхода крепежных материалов, график организации работ в лаве, график выходов рабочих, планограмма работ и др.

Паспорт составляет начальник участка и главный технолог шахты, согласовывается со всеми службами и утверждается главным инженером шахты. Все рабочие и ИТР до начала работ знакомятся с паспортом под расписку и обязаны строго соблюдать его. При изменении горно - геологических или производственных условий паспорт корректируется и переутверждается в течение суток с ознакомлением рабочих и ИТР под расписку.

Транспорт угля на склад

Транспорт добытого угля на поверхность шахты осуществляется по следующим схемам:

1. Лавный конвейер очистного забоя - скребковый перегружатель - ленточные конвейеры - поверхность шахты (склад, погрузка, обогатительная фабрика).

2. Лавный конвейер очистного забоя - скребковый перегружатель - ленточные конвейеры очистного участка - ленточные конвейеры общешахтные - бункер- камера дозатора - скиповой подъем - поверхность шахты.

3. Лавный конвейер очистного забоя - скребковый перегружатель - ленточные конвейеры очистного участка - погрузочный пункт - рельсовый транспорт общешахтный - разгрузочный бункер - камера дозатора - скиповой подъем - поверхность шахты.



4. УГЛИ ИСКОПАЕМЫЕ

УГЛИ ИСКОПАЕМЫЕ - твердые горючие полезные ископаемые; продукт преобразования растений. Основные компоненты: углефицированное органическое вещество, минеральные примеси и влага. Залегают обычно в виде пластов среди осадочных пород. Подразделяются на бурые, каменные угли и антрациты. Угли ископаемые используются в основном в энергетике, для получения металлургического кокса, в химической промышленности. Основные технологические характеристики: зольность, содержание влаги, серы, выход летучих веществ. Мировые запасы около 3700 млрд. т. Кузбасс является главной базой России по твердому топливу.

Технический анализ углей

Все виды твердых горючих ископаемых объединяют в себе две составляющие: органическое вещество и минеральную компоненту, которую прежде рассматривали как балласт, но теперь все чаще считают источником ценного минерального сырья, в частности редких и рассеянных элементов. Для оценки возможностей и режимов переработки горючих ископаемых применяют технический анализ, позволяющий определить направления использования их как энергетического и химического сырья. Под техническим анализом понимается определение показателей, предусмотренных техническими требованиями на качество угля. В технический анализ обычно объединяются методы, предназначенные для определения в углях и горючих сланцах зольности, содержания влаги, серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости и некоторых других характеристик качества и технологических свойств. Полный технический анализ проводится не всегда, часто бывает достаточно провести сокращенный технический анализ, состоящий в определении влажности, зольности и выхода летучих веществ.

Влажность

В связи с тем, что молекулы воды могут быть связаны с поверхностью угля силами разной природы (абсорбция на поверхности и в порах, гидратирование полярных групп макромолекул, вхождение в состав кристаллогидратов минеральной части) при разных способах выделения влаги из угля получаются различные величины его обезвоженной массы и, соответственно, разные значения влажности. Масса угля с содержанием влаги, с которым он отгружается потребителю, называется рабочей массой угля, а влага, которая выделяется из нее при высушивании пробы до постоянной массы при 105oC, называется общей влагой рабочей массы угля. Содержание влаги в горючем ископаемом характеризуется его влажностью. Эта величина выражается отношением массы выделившейся при температуре обезвоживания влаги к массе анализируемого образца. Влажность обозначается буквой W (Wasser). Влага угля снижает полезную массу при перевозках, на ее испарение тратится большое количество тепла при сжигании топлива, кроме того, зимой влажный уголь смерзается. Общее содержание влаги меняется в зависимости от степени углефикации ископаемого в следующем ряду. Торф > Бурые угли > Антрациты > Каменные угли.

Зольность

В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 %) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25oС. Зола на 95-97% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов. Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М. Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов (например, микроскопический, рентгеноскопический, радиоизотопный).

Летучие вещества

Летучие вещества - паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении органического вещества твердого горючего ископаемого при нагревании в стандартных условиях. Выход летучих веществ обозначается символом V (volativ), выход на аналитическую пробу Va, на сухое вещество Vd, сухое и беззольное Vdaf. Эта характеристика важна для оценки термической устойчивости структур, составляющих органическую массу угля. Выход летучих веществ при прокаливании послужил основой для одной из классификаций углей по маркам.

Теплота сгорания

Теплота сгорания - это основной энергетический показатель угля. Она определяется экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе или расчетным путем по данным элементного анализа. Различают высшую теплоту сгорания угля Qs как количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы массы угля в калориметрической бомбе в среде кислорода и низшую удельную теплоту сгорания Qi как высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся и образованной из угля во время сгорания. Высшая теплота сгорания часто определяется на беззольное состояние угля Q s af, а низшая на рабочее состояние Qir. Д.И. Менделеевым была предложена формула для расчета высшей теплоты сгорания по данным элементного анализа (кКал/кг):

Qsaf=81°С+300Н-26(О-S)

где С, Н, О, S - массовая доля элементов в веществе ТГИ, %. Высшая теплота сгорания основных твердых топлив.

Спекаемость

Одним из наиболее важных, если не важнейшим, направлением использования каменного угля является его переработка в металлургический кокс - твердый продукт высокотемпературного (>900C) разложения каменного угля без доступа воздуха, обладающий определенными свойствами. Далеко не все угли способны спекаться, т.е. переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с последующим образованием связанного нелетучего остатка. Если этот спекшийся остаток отвечает требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, то говорят о коксуемости угля. Таким образом, коксуемость есть спекаемость, но первое понятие более узкое. Спекаются угли марок Г, Ж, К, ОС, но металлургический кокс можно получить только из углей марки К или из смеси углей, которая по свойствам приближается к ним.

Элементный анализ ТГИ

Как уже говорилось, органическая масса всех видов ТГИ состоит из С, Н, О, S и N. Суммарное их количество превышает 99мас.% в расчете на органическое вещество любого угля и торфа.

Содержания углерода и водорода

Углерод и водород определяют по выходу СО2 и Н2О при сжигании навески угля в токе кислорода. Эти оксиды улавливают в поглотительных аппаратах, заполненных растворами КОН и Н2SO 4 соответственно. Последние взвешивают до и после сжигания навески и по разности масс рассчитывают содержание С и Н в пробе, обычно в мас.%. Надо отметить, что при этом результаты могут быть искажены за счет поглощения воды и углекислого газа, имеющих неорганическое происхождение, и образовавшихся за счет термического разложения минеральных компонентов угля.

Содержание азота

Содержание азота в углях невелико, обычно не превышает 1 %, изредка достигая 3-4 %.

Содержание серы

В целом более распространена в углях сера. Ее содержание составляет от долей процента до 10-12%. Различают сульфатную (SSO4), пиритную (Sp) и органическую серу (So), суммарное содержание их называется общей серой (St). Содержание серы, устанавливаемое по данным элементного анализа, является важной характеристикой, которая определяет особые требования к переработке и использованию сырья, отличающегося ее высокой концентрацией. Выделяющиеся летучие серосодержащие продукты, такие как Н2S и SO2, крайне опасны при попадании в окружающую среду, а при проектировании производств, следует учитывать их высокую коррозионную активность.

Основные слагающие угля -- это органические компоненты и минеральные включения. Органические компоненты, различаемые под микроскопом, с характерными морфологическими признаками, цветом и показателем отражения именуютсямикрокомпонентами (мацералами). В отличие от минералов они не имеют характерной кристаллической формы и постоянного химического состава. Химические и физические свойства микрокомпонентов изменяются в процессе углефикации.

Выделяют четыре группы микрокомпонентов: витринига, семивитринита, инертинита и липтинита.

Микрокомпоненты группы витринита характеризуются преимущественно ровной поверхностью, серым цветом различных оттенков в отраженном свете, слабо выраженным микрорельефом и способностью при определенной степени углефикации переходить в пластическое состояние. Показатель отражения колеблется от 0,4 до 4,5%. Микротвердость в зависимости от углефикации и генетических факторов находится в пределах от 200 до 350 МПа.

Микрокомпоненты группы семивитринита по физическим и химическим свойствам занимают промежуточное положение между микрокомпонентами групп витрипита и инертинита. Они характеризуются беловато-серым цветом различных оттенков в отраженном свете, отсутствием микрорельефа. Их показатель отражения всегда превышает значения показателя отражения витринита. Микротвердость колеблется в пределах от 250 до 420 МПа. В процессах коксования микрокомпоненты этой группы нс переходят в пластическое состояние, но способны размягчаться.

Микрокомпоненты группы инертинита характеризуются высоким показателем отражения, резко выраженным микрорельефом. Цвет изменяется от белого до желтого. Микротвердость колеблется от 500 до 2300 МПа. Микрокомпоненты этой группы не переходят в пластическое состояние и не спекаются.

Микрокомпоненты группы липтинита различаются между собой по морфологическим признакам. Цвет липтинита изменяется от темно-коричневого, черного до темно-серого и серого. Показатель отражения у этой группы самый низкий: от 0,21 до 1,59%. Мнкротвердость колеблется oт 80 до 250 МПа. При коксовании микрокомноненты этой группы образуют более подвижную пластическую массу по сравнению с витринитом.

Минеральные включения в углях -- глинистые минералы, сульфиды железа, карбонаты, оксиды кремния и другие.

Глинистые минералы в среднем составляют примерно 60-80% общего количества минеральных веществ, ассоциирующих с углем. Чаще всего они представлены иллитом, серицитом, монт-мориллонитом, каолинитом. Реже отмечается галлуазит.

Глинистые минералы сложены из частиц размерами до 100 мкм. Встречаются в виде линз, прослоек или тонко рассеянных частиц в витрините. Нередко выполняют полости в компонентах с ботанической структурой или замещают их отдельные участки. В угольных пластах иногда содержатся прослои тонштейнов, в которых главным породообразующим минералом является каолинит.

Из сульфидов железа наиболее характерны пирит, марказит и мельниковит. Форма их нахождения в пластах различна и определяется условиями образования. Сингенетичные образования встречаются в виде отдельных зерен, псевдоморфоз по растительным остаткам, конкреций, прослойков. Эпигенетические сульфиды, как правило, выполняют трещины.

Карбонаты представлены кальцитом, сидеритом, доломитом, анкеритом. Кальцит часто образует тонкие прослойки либо заполняет трещины в угле. Сидерит встречается в виде округлых или овальных образований (оолитов) или заполняет полости растительных фрагментов.

Оксиды кремния представлены в углях кварцем, халцедоном, опалом и другими минералами.

Кварц встречается в виде небольших прослоек, округлых и yi ловатых зерен, иногда образует довольно крупные линзы. Халцедон встречается сравнительно реже, обычно совместно с кварцем. В зонах выветривания угля некоторых бассейнов отмечается гипс, заполняющий трещины, реже -- в виде конкреций.

Прочие минеральные включения представляют в основном гидрооксиды железа, фосфаты, полевые шпаты, соли.

5. УГОЛЬ: ХАРАКТЕРИСТИКА, КАК ВИД ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ, горючая осадочная порода органического (растительного) происхождения, состоящая из углерода, водорода, кислорода, азота и других второстепенных компонентов. Цвет варьирует от светло-коричневого до черного, блеск -- от матового до яркого блестящего. Обычно четко выражена слоистость, или полосчатость, которая обусловливает его раскалывание на блоки или таблитчатые массы. Плотность угля от менее 1 до ~1,7 г/см³ в зависимости от степени изменения и уплотнения, которое он претерпел в процессе углеобразования, а также от содержания минеральных составляющих.

Углеобразование. Начиная с девонского периода в древних торфяных болотах в анаэробных условиях (в восстановительной среде без доступа кислорода) накапливалось и консервировалось органическое вещество (торф), из которого формировались ископаемые угли. Первичная торфяная залежь состояла из массы тканей растений от полностью разложившихся (гелефицированных) до хорошо сохранивших свое клеточное строение. В аэробных условиях при воздействии на остатки растений обогащенных кислородом вод или на контакте с атмосферой происходило полное окисление (разложение) органического вещества с выделением диоксида углерода и легких углеводородов (метана, этана и др.), не сопровождавшееся торфообразованием.

Превращение торфа в ископаемый уголь, называемое углефикацией, происходило в течение многих миллионов лет и сопровождалось концентрацией углерода и уменьшением содержания трех основных углеобразующих элементов -- кислорода, азота и водорода. Главными факторами углефикации являются температура, давление и время. В России принято выделять следующие стадии углефикации: буроугольную (с ранней подстадией -- лигнитовой), каменноугольную, антрацитовую и графитовую. При этом шло последовательное образование бурых углей, каменных углей, антрацита и графита. В США, Канаде, Германии, Великобритании и многих других странах принято считать, что в процессе углефикации из торфа образуются лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрацит и графит (что не противоречит российской классификации).

Современное торфообразование происходит в разных масштабах в пределах всех материков, кроме Антарктиды. Крупные торфяники известны на территории Канады, России, Ирландии, Шотландии и других стран.

Возраст угля. Изучение сохранившихся в углях остатков растений позволило проследить эволюцию углеобразования -- от более древних угольных пластов, образованных низшими растениями, до молодых углей и современных торфяных залежей, характеризующихся большим разнообразием высших растений-торфообразователей. Возраст угольного пласта и связанных с ним пород определяют путем определения видового состава остатков содержащихся в угле растений.

Самые древние угольные залежи образовались в девонский период, примерно 350 млн. лет назад. Наиболее интенсивное углеобразование происходило в интервале от 345 до 280 млн. лет назад, и поэтому этот период был назван каменноугольным. К нему относится бульшая часть угленосных бассейнов на востоке и в центральных районах США, в Западной и Восточной Европе, Китае, Индии и Южной Африке. В пермский период (280-235 млн. лет) интенсивное углеобразование происходило в Евразии (угольные бассейны Южного Китая, Кузнецкий и Печорский -- в России). Мелкие месторождения угля в Европе сформировались в триасовый период. Новый всплеск интенсивности углеобразования пришелся на начало юрского периода (185-132 млн. лет). Примерно 100-65 млн. лет назад, в меловой период, сформировались угольные месторождения Скалистых гор США, Восточной Европы, Центральной Азии и Индокитая. В третичный период, примерно 50 млн. лет назад и позднее, возникли месторождения в основном бурых углей в различных районах США (на севере Великих равнин, севере Тихоокеанского побережья и в прибрежных районах Мексиканского залива), в Японии, Новой Зеландии и Южной Америке, а также в Западной Европе. В Европе и Северной Америке образование торфа происходило в теплые межледниковые периоды и в послеледниковье.

Условия залегания. В результате движений земной коры, в ходе которых происходила смена относительного положения суши и моря, мощные толщи угленосных пород испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части толщи (антиклинали) разрушались за счет эрозии, а опущенные (синклинали) сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на глубине не менее 900 м от поверхности. Например, в США в Скалистых горах и на севере Тихоокеанского побережья угленосные отложения залегают в основном на глубинах 1200-1850 м и в исключительных случаях достигают глубины 6100 м. В Великобритании, Бельгии, Германии, на Украине и в России (Донбасс) уголь в некоторых местах добывается с глубины более 1200 м. Угольные пласты, продолжающиеся на глубину 5-8 км, в настоящее время разрабатывать нерентабельно.

Угольные пласты. Мощность отдельных угольных пластов колеблется от 10 см до 240 м (как, например, в штате Виктория в Австралии). Пласты мощностью 120 м встречаются в Китае; 60 м -- в США (шт. Вайоминг) и Германии; 30 м -- в США (шт. Вайоминг), Канаде (провинция Британская Колумбия) и других районах. Такие мощные пласты обычно занимают небольшую площадь. Чаще всего встречаются пласты толщиной 90-240 см. Они распространяются на большие территории, и с ними связаны значительные запасы добываемого угля. В толщах угленосных пород содержится от двух-трех до нескольких десятков угольных пластов. Например, в США в детально изученной угленосной толще в Западной Виргинии было установлено 117 угольных пластов.

Стадии метаморфизма. Главные классы угля (принятые в США и некоторых европейских странах) по возрастанию стадий метаморфизма включают лигнит (в России лигнит является термином свободного пользования), суббитуминозный уголь, битуминозный уголь и антрацит. Различия в стадии метаморфизма определяются на основе химических анализов, свидетельствующих о последовательном уменьшении влажности и выхода летучих веществ, а также увеличении содержания углерода. От относительного количества влаги, летучих веществ, углерода и теплотворной способности (теплоты сгорания) зависят прочность угля при транспортировке и хранении, а также активность горения. Крупным потребителям необходимо знать свойства различных углей и сравнительную стоимость добычи и транспортировки различных категорий угля, чтобы решить, какая категория в наибольшей мере удовлетворяет их нужды.

Лигнит имеет отчетливую волокнистую структуру древесины, чаще светло-коричневый и коричневый, реже -- черный цвет. По свойствам и составу отличается от настоящего бурого угля, который встречается преимущественно в Канаде и Европе. По сравнению с торфом лигнит содержит меньше воды и отличается более высокой теплотворной способностью. Большинство молодых (недавно образовавшихся) углей представлено лигнитом, но там, где они подверглись высокому давлению или интенсивному тепловому воздействию, их качество более высокое.

Суббитуминозный уголь характеризуется черным цветом, незначительным проявлением, а иногда и отсутствием волокнистой древесной структуры, содержит меньше воды и летучих веществ по сравнению с лигнитом и отличается более высокой теплотворной способностью. Суббитуминозный уголь легко выветривается на воздухе и крошится во время транспортировки.

Битуминозный уголь отличается черным цветом, относительно низким содержанием влаги и наибольшей теплотворной способностью среди всех углей. В большинстве высокоразвитых стран битуминозный уголь используется в промышленности в бульших количествах, чем уголь других категорий, так как у него не снижается качество при транспортировке и он имеет высокую теплотворную способность; кроме того, некоторые разновидности битуминозного угля используются для получения металлургического кокса.

Антрацит характеризуется очень высоким содержанием углерода, низкой влажностью и малым выходом летучих компонентов. Он имеет смоляно-черный цвет и при сжигании не дает копоти. Чтобы поджечь антрацит, требуется больше тепла и усилий, но загоревшись, он дает устойчивое, чистое, горячее, голубое пламя и горит дольше, чем уголь более низких стадий метаморфизма. До 1920-х годов антрацит широко использовался для обогрева домов, а затем ему на смену пришли нефть и природный газ.

Сортность. В процессе торфообразования в уголь попадают разные элементы, бульшая часть которых концентрируется в золе. Когда уголь сгорает, сера и некоторые летучие элементы выделяются в атмосферу. Относительное содержание серы и золообразующих веществ в угле определяют сортность угля. В высокосортном угле меньше серы и меньше золы, чем в низкосортном, поэтому он пользуется бульшим спросом и дороже.

Количество содержащихся в угле золообразующих веществ (минеральная составляющая) может изменяться от 1 до 50 весовых процентов, но для большинства углей, используемых в промышленности, оно составляет 2-12%. Золообразующие вещества дают дополнительный вес, что удорожает транспортировку угля. Кроме того, часть золы попадает в воздух и загрязняет его. Некоторые компоненты золы спекаются с образованием шлака на колосниковых решетках и затрудняют горение.

Хотя содержание серы в углях может меняться от 1 до 10%, в большинстве углей, используемых в промышленности, ее содержание составляет 1-5%. Однако примеси серы нежелательны даже в небольших количествах. Когда уголь сгорает, бульшая часть серы выделяется в атмосферу в виде вредных загрязняющих веществ -- оксидов серы. Кроме того, примесь серы оказывает негативное влияние на качество кокса и стали, выплавленной на основе использования такого кокса. Соединяясь с кислородом и водой, сера образует серную кислоту, корродирующую механизмы работающих на угле тепловых электростанций. Серная кислота присутствует в шахтных водах, просачивающихся из отработанных выработок, в шахтных и вскрышных отвалах, загрязняя окружающую среду и препятствуя развитию растительности.

...