Месторождения полезных ископаемых

Месторождения - естественное скопление полезного ископаемого в земной коре.

Месторождения угля возникли в результате разложения растительных и органических остатков, скопившихся на участках земной поверхности с пониженными отметками (болота, долины рек, озера, моря) начиная с каменноугольного периода.

Гумусовые угли - образовались в результате разложения растительных остатков (деревьев, мхов, кустарников). Эти угли имеют наибольшее распространение.

Сапропелевые угли - образовались в результате разложения водных организмов (простейшие, планктон, водоросли). Встречаются в Подмосковном и Иркутском бассейнах.

В ходе разложения органической массы выделялись различные газы, среди которых метан, другие углеводороды, азот, водород, сероводород, углекислый газ.

Процесс угленакопления закончен в третичный период кайнозойской эры (около 1 миллиона лет назад).

Образование углей в геологических системах

Исходный растительный материал биохимические процессы, дегидрация

Торф

Бурый уголь метаморфизм

Каменный уголь (внешние температуры и давления)

Антрацит

Графит

Химический состав угля

Угольный бассейн- площадь развития угленосных отложений, характеризующая общностью условий образования на протяжении одного геологического отрезка времени.

Угленосный район - часть угольного бассейна с едиными геологическими условиями залегания пластов.

Вмещающие породы - породы, среди которых залегает пласт угля. Тонкие породные слои пород внутри пласта называют прослойками.

Кровля пласта - толща пород, залегающая выше плоскости угольного пласта.

Выделяют ложную, непосредственную и основную кровли:

ложная - обычно несколько тонких слоев, обрушающихся вслед за выемкой угля;

непосредственная - слой или несколько слоев пород, обрушающихся с некоторым отставанием от забоя;

основная кровля - прочные, мощные слои пород, расположенные над непосредственной кровлей.

Почва пласта - толща пород, залегающая ниже плоскости угольного пласта. Различают ложную, непосредственную и основную почвы.

Свита пластов - группа пластов залегающая совместно в порядке их образования и объединенная по определенному геологическому признаку (чаще возрасту).

Междупластье - мощность пород между соседними пластами.

Угольные пласты залегают в форме складок.

ЛЕКЦИЯ № 2. ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

Простирание - направление горизонтальной линии, лежащей в плоскости пласта.

Линия простирания - линия пересечения плоскости пласта с горизонтальной плоскостью.

а - общий вид залегания пласта; б - вертикальный разрез, проведенный перпендикулярно к линии простирания. Р- горизонтальная плоскость; S - вертикальная плоскость.

Азимут простирания - угол между линией простирания пласта и меридианом (отсчитывается от направления на север по часовой стрелке).

Падение - наклон пласта к горизонтальной плоскости.

Линия падения- линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания называется линией падения.

Угол падения пласта ?- угол между плоскостью пласта и горизонтальной плоскостью.

Восстание - направление противоположное падению пласта.

Линия вкрест простирания - линия, лежащая в горизонтальной плоскости и перпендикулярная линии падения.

Мощность угольного пласта- расстояние между плоскостями, ограничивающими пласт со стороны кровли и со стороны почвы пласта.

Классификация угольных пластов по углу падения

При подземных горных работах Пологие - до 18⁰ ; Наклонные - 19 - 35⁰; Крутонаклонные - 36 - 55⁰; Крутые - более 56⁰

При открытых горных работах Горизонтальные - 0⁰ ; Пологие - до 10⁰

Наклонные - 10 - 30⁰; Крутые - более 30⁰.

Классификация угольных пластов по мощности

Подземный способ разработки

До 0,7 м - весьма тонкие 0,71 - 1,2 м - тонкие

1,21 - 3,5 м - средней мощности 3,51 и более - мощные

Открытый способ разработки при горизонтальном залегании пластов

До 3-5 м - весьма малая мощность. 6 - 10-20м - малая мощность

20 - 30-40м - средняя мощность более 40м - мощные

Открытый способ разработки для наклонного и крутого залегания пластов

До 15 - 25 м - весьма малая мощность. 25 - 50-75м - малая мощность

75 - 100м - средняя мощность более 100м - большая мощность

Горизонтальная мощность m_г - расстояние между кровлей и почвой пласта по горизонтали.

Нормальная мощность m_н - расстояние между кровлей и почвой пласта по нормали к плоскости пласта.

Вертикальная мощность m_в - расстояние между кровлей и почвой пласта по горизонтали (по отвесу).

Средняя мощность - отношение объема пласта к его площади.

Структурная колонка

Полезная мощность - мощность угольных пачек m_n=m_I +m_II +m_III

Полезная мощность - мощность всех угольных пачек и прослойков.

Вынимаемая мощность - суммарная мощность пачек и прослойков, извлекаемых при добыче угля.

Производительность пласта - количество угля в тоннах,

получаемое при извлечении 1 м² пласта.

Изменение мощности пласта

Классификация пород кровли и почвы

Ложная кровля - слой пород кровли мощностью до 0,6м, залегающий над пластом угля обрушающийся в процессе выемки угля или через минимальное время после выемки.

Непосредственная кровля - слой пород кровли, обрушающийся при небольших обнажениях на некотором расстоянии от забоя.

Основная кровля - слой пород кровли, залегающих над непосредственной кровлей и способных сохранять устойчивость при значительных обнажениях.

Ложная почва - слой слабых пород мощностью до 0,4 м, залегающий непосредственно под пластом.

Непосредственная почва - слой пород, залегающий непосредственно под пластом. И подверженный смещениям в ходе горных работ.

Основная почва - слой пород, залегающий непосредственно под непосредственной почвой.

Первоначально угленосные отложения накапливались горизонтально или близко к горизонтальному положению. Однако в результате движения земной коры первичное залегание было нарушено и образовались вторичные формы залегания угольных пластов.

Дислокации - движение земной коры в результате которых изменяются первичное залегание пород и полезных ископаемых.

По характеру перемещения выделяют:

Радиальные - направленные по радиусу земли.

Тангенциальные - направленные по касательной к поверхности земли.

По отношению к сохранению сплошности выделяют:

Пликативные - дислокации с сохранением сплошности пород.

Дизъюктивные - с разрывом сплошности пород.

В результате тангенциальных пликативных дислокаций образуются складки, тангенциальных и дизъюктивных - надвиги.

При радиальных дислокациях образуются сбросы и взбросы.

Пликативные нарушения - волнообразное изгибание слоев горных пород.

Разрывное нарушение

Сместитель - это плоскость (поверхность) по которой происходит разрыв сплошности горных пород.

Крылья - блоки горных пород, примыкающие к сместителю.

Висячее крыло - крыло, располагающееся над поверхностью сместителя.

Лежачее крыло - крыло, располагающееся под поверхностью сместителя.

Взброс - нарушение, в котором висячее крыло залегает выше лежачего.

Надвиг - взброс с углом наклона сместителя менее 60⁰.

Сброс - нарушение, в котором висячее крыло залегает ниже лежачего.

Сдвиг - нарушение, в котором перемещение блоков происходит по преимущественно горизонтальным направлениям.

Амплитуда нарушения - это величина смещения блоков пород измеренная по нормали плоскости залегания этих блоков.

ЛЕКЦИЯ № 3. СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

1. Плотностные свойства горных пород

Удельный вес - вес единицы объема твердой фазы породы

Где G_Т - вес твердой фазы,

V_Т - объем твердой фазы породы.

Единицы измерения Н/м³ , т/м³

Объемный вес - отношение веса основных агрегатных фаз породы к объему, занимаемому этими фазами.

Где G - вес агрегатных фаз породы;

V - объем занимаемый этими фазами.

Объемный вес всегда меньше удельного веса и лишь в случае особо твердых пород приближается к нему.

Удельная масса - отношение массы твердой фазы породы к объему твердой фазы.

Р₀ = m _т / V_т,

Где m _т - масса твердой фазы.

Плотность (объемная масса) горной породы - масса единицы объема основных агрегатных фаз (твердой, жидкой, газообразной).

Р₀ = m / V,

Где m - масса основных агрегатных фаз.

Пористость - отношение объема пор к полному объему породы в процентах

Где V_п - суммарный объем пор.

Поры по размеру разделяются на три класса :

Сверхкапиллярные более 0,1 мм;

Капиллярные от 0,0002 до 0,1 мм.

Субкапиллярные менее 0,0002.

Пористость горных пород изменяется от долей % до 90 %.

2. Механические свойства горных пород :

прочностные;

упругие ;

акустические;

реологические.

Прочностные свойства - способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений.

Предел прочности ?- напряжение при котором происходит разрушение образца породы

s--=--F / S,

Где F разрушающая нагрузка;

S Площадь на которую действует нагрузка.

Различают предел прочности на одноосное сжатие ?_сж

Предел прочности на растяжение ?_р

Прочность на срез (сдвиг)??_n =

--t_n--=--s_n*--tg--j_--+--t_{_--},

Где ?_n - нормальные напряжения при срезе;

j---угол внутреннего трения;

t₀ - коэффициент сцепления.

Для сравнения прочности различных пород проф. М.М.Протодьяконовым разработана классификация пород по крепости, получившая широкое распространение в нашей стране.

В основе классификации лежит коэффициент крепости

f = cж / 100.

Достоинства классификации :

Простота и доступность.

Широкий диапазон охватываемых пород.

Связь f с некоторыми физико-механическими константами горных пород.

Недостатки :

Зависимость f от формы и размеров образцов, направление сжимающей силы и др. параметров в процессе испытания.

Неприемлемость f при нормировании некоторых технологических процессов (буровые работы).

3. Упругие свойства горных пород

Характеризует соотношения между напряжениями и деформациями образца

Модуль упругости

;

где ?_n - нормальное напряжение;

- длина образца;

- удлинение образца в направление действия приложенной нагрузки.

Акустические свойства горных пород - определяют условия распространения в горных породах упругих колебаний.

Акустические свойства характеризуются :

скоростью распространения упругих волн, 3,5 - 8 км/с,

акустическое сопротивление,

коэффициент поглощения.

4. Реологические свойства горных пород

Ползучесть - свойства, характеризующие изменение деформации породы при постоянном напряжении.

Релаксация - свойство, характеризующее изменение напряжений в образце при постоянной деформации.

Предел упругости - напряжения, при кратковременном воздействии которого не образуются остаточные деформации.

Коэффициент пластичности

К_пп = W_р / W _и.у

где W_р - работа, затрачиваемая на разрушение реального объема данной породы;

W _и.у - работа необходимая для разрушения такого же объема породы исходя из условия, что порода является идеально упругой средой.

5. Технологические свойства горных пород

Слоистость - неоднородность осадка в разрезе.

Классификация горных пород по слоистости :

Весьма тонкослоистые менее 0,2 мм;

Тонкослоистые 0,2 - 1,0 мм;

Среднеслоистые 1,0 - 3,0 мм;

Крупнослоистые 3,0 - 10 мм;

Весьма крупнослоистые более 10 мм.

Трещиноватость - сумма систем трещин в массиве горных пород

Классификация горных пород по трещиноватости:

нетрещиноватые;

слаботрещиноватые - 1 система трещин при расстоянии между ними более 1 м;

среднетрещиноватые - 2 системы взаимопересекающихся трещин при расстоянии между трещинами более 1 м;

сильнотрещиноватые - с несколькими системами взаимопересекающихся трещин при средней частоте расположения трещин до 0,5 м;

весьма сильно трещиноватые - с несколькими системами трещин, расположенных на расстоянии менее 0,2 м одна от другой.

Угол естественного откоса - угол наклона свободной поверхности откоса к горизонтальной плоскости.

Угол естественного откоса зависит от :

Крупности частиц материала. Влажность материала.

Удельный вес материала. Формы частиц материала.

Разрыхленность - способность горных пород занимать в разрыхленном состоянии больший объем, чем в массиве до разпыхления.

Коэффициент разрыхления

К_р = V_р / V_м

V_р - объем породы в разрыхленном состоянии;

V_м - объем породы в массиве.

Влагоемкость - способность горных пород удерживать воду в порах и трещинах; определяется по количеству оставшейся воды после стекания ее избытка с образца, который был погружен в воду. Влагоемкость определяется в % к объему или массе образца.

Водопроницаемость - способность горных пород пропускать воду.

Коэффициент фильтрации - скорость фильтрации воды при напорном градиенте = 1.

Коэффициент фильтрации некоторых пород

Газоносность горной породы - количество газов, содержащихся в весовой или объемной единице горной породы в свободном или сорбированном состоянии.

Газоносность измеряется в м³ / т, или м³ / м³.

Газообильность угля - выделение метана из угольного пласта :

Абсолютная - в единицу времени м³/ мин;

Относительная - количество на тонну добытого угля, м³ / т.

ЛЕКЦИЯ № 4. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ

В составе ископаемых углей выделяют:

1. Органическая масса (С, О, N, S, P)

Битумы. Гумусовые кислоты. Остаточный уголь.

2. Минеральные примеси.

Уголь как топливо и как объект коксохимической переработки имеет различные показатели качества. Эти показатели могут быть разделены на:

Показатели технического анализа.

Показатели петрографического состава.

Показатели, характеризующие степень метаморфизма.

Показатели технического анализа

Выход летучих веществ - количество летучих веществ образующихся при нагревании угля без доступа воздуха до температуры 850⁰ С. Этот показатель рассчитывают:

- на единицу сухой общей массы угля V^c, %;

- на единицу сухой обеззоленной массы, V^dat, %. (Кузбасс 17 -30 %).

Зольность - количество золы от сгорания единицы сухой массы угля (А^с %) или рабочего топлива (А^р %) отнесенное к массе топлива, поступившего на анализ.

Влажность - количество влаги, получаемое в результате нагрева угля до температуры 105⁰ С, отнесенное к массе топлива, поступившего на анализ (Wр %).

Содержание серы - количество серы, содержащиеся в единице массы угля, выраженное в %. Различают содержание : общей серы S^a_общ , %; cульфат серы S^a_с , %; колчеданной серы S^a_к , %; органической серы S^a_ор , %.

Негативное влияние серы на качество угля проявляется в :

- образование оксидов серы и при сжигании угля;

- переход серы в состояние чугуна из кокса при доменном процессе.

Кузбасс: содержание серы до 1 % ; Донбасс - 2 %.

Содержание фосфора - количество фосфора, содержащееся в единице массы угля, выраженное в %.

Негативное влияние серы заключается в том, что при восстановлении чугуна фосфор переходит в его состав, ухудшая качество металла.

Коксуемость углей

Кокс - продукт, образующийся при нагревании угля без доступа воздуха до температуры 900 - 1100⁰ С. в промышленных условиях нагревание длится 14-16 часов.

Полукокс - продукт, образующийся при нагревании угля без доступа воздуха до температуры 500 - 600⁰ С.

Толщина пластического слоя - максимальная разница между верхним и нижним уровнем пластического слоя при нагревании угля в интервале температур 350 - 650⁰ С. измеряется в мм.

Температура плавления золы - температура, при которой негорючий остаток переходит в жидкую фазу (состояние). Т_пл.з = 1200 - 1600⁰ С.

Знание температуры плавления золы позволяет выбрать технологию и технические средства при сжигании углей.

Показатели петрографического состава

Содержание отдельных петрографических компонентов; сюда относятся :

Витрен и фюзен - макрокомпоненты, обнаруживаемые невооруженным глазом.

Микрокомпоненты - петрографические компоненты, различимые только под микроскопом (споры, катикулы и т.д.).

Сложные петрографические компоненты - кларен и дюрен.

2. Показатель отражения оптических лучей от витринита. Этот показатель определяется содержанием витринита (чем больше его тем выше показатель) и минерального остатка (чем больше остатка тем ниже показатель).

Витрен - (от латинского - стеклянный) - наиболее блестящая часть полосчатых ископаемых углей. Встречается в виде линз и полосок среди других частей угля. Витрен образовался из коры или древесины. Зольность наименьшая по сравнению с другими составляющими (3-5 %). Спекаемость наибольшая.

Кларен (франц. - блестящий) - одна из блестящих частей гумусового полосчатого ископаемого угля. Встречаются слоями, пачками и пластами. Кларен менее блестящий и крупкий, чем витрен, зольность чистых клареновых углей 5-10%. Формируется из обломков древесины и коры. Кларен является носителем спекаемости в средних марках ископаемых углей.

Дюрен (от французского - твердый) - видимая составляющая часть угля, один из матовых его ингридиентов. Дюрен образует прослойки, слои и целые пачки в пласте угля большой протяженности. Дюрен содержит больше золы, чем другие компоненты углей.

Фюзен (от франц - рисовальный уголь) - одна из матовых составляющих полосчатых ископаемых углей. По химическому составу фюзен резко отличается от других компонентов -относительно меньшим выходом летучих, меньшим содержанием в элементарном составе водорода при несколько большем количестве углерода. Фюзен не спекается и в шихте играет играет роль добавки. Фюзенизация - процесс окисления, сходный с обугливанием древесины. Матовые угли (фюзен и дюрен имеют зольность от 10 - 15 до 30 %).

Показатели, характеризующие степень метаморфизма

Содержание углерода на единицу сухой обеззоленной массы - количество углерода, отнесенное к массе угля в процентном отношении (С ) для каменных углей = 75 - 92 %.

Удельная теплота сгорания - отношение теплоты сгорания к единице общей сухой массы (Q^c) для Кузбасса = 6000 - 9600 кКал/кг (25 - 40 МДж/кг).

Выход летучих веществ (смотри выше)

В зависимости от значения показателя, отражения оптических лучей от витринита и температуры сгорания на влажное беззольное состояние угля подразделяются на :

Каменные; Бурые; Антрациты.

В зависимости от толщины пластического слоя и выхода летучих веществ в Кузбассе принята следующая классификация каменных углей.

В зависимости от содержания влаги и выхода летучих веществ бурые угли подразделяют: Рабочая влага W^p %

Б1 более 40 Б2 30 - 40 Б3 менее 30

В зависимости от содержания влаги и выхода летучих антрациты подразделяются на :

Полуантрациты ПА 220 - 230 см³/грамм

Антрациты А менее 220 см³/грамм

Условное топливо - энергоноситель, при сжигании 1 кг которого выделяется 29,4 МДж (7000 ККал) тепловой энергии.

Этот показатель введен для сравнения различных видов топлива в весовых единицах измерения. Формула пересчета

,

Где M_u - исходная масса топлива, тонн;

M_{у -} соответствующая масса условного топлива, тонн;

Q^c_u - удальная теплота сгорания, Ккал/кг (КДж/кг).

Продукты обогащения углей

Обогащение - механическая обработка горной массы с целью удаления минеральных примесей, попавших в уголь при добыче из вмещающих пород.

Концентрат - продукт с наибольшим содержанием чистого угля.

Промпродукт - продукт с наибольшим содержанием сростков угля с породой.

Хвосты (порода) - продукт с наибольшим содержанием минеральных примесей.

Горная масса - масса угля и породы, вынимаемая из шахты.

Классификация углей по крупности

Для обозначения классов углей различных марок к условному обозначению класса впереди добавляется обозначение марки ДР - длиннопламенный, рядовой.

К1К - Кокс 1, концентрат.

ЛЕКЦИЯ № 5. ЗАПАСЫ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Биологические запасы полезного ископаемого - это количество полезного ископаемого и его компонентов, заключенное в недрах на определенной площадке. Запасы выражаются в весовых или условных единицах.

Признаки классификации запасов:

В зависимости от степени изученности.

В зависимости от пригодности запасов к использованию в промышленности.

В зависимости от степени разведанности, изученности, качества и условий разработки различают 4 категории запасов А, В, С₁, С₂.

К категории А относятся запасы полностью изученные, оконтуренные горными выработками или буровыми скважинами. Гидрогеологические условия, условия залегания и разработки месторождения изучены полностью. Качество и технологические свойства углей выяснены с детальностью, определяющей характер обогатимости и технологии использования углей. Служат обоснованием для проектирования предприятий и капиталовложений для строительства шахт.

К категории В относятся запасы, разведанные и оконтуренные горными выработками или буровыми скважинами, а также запасы прилегающие к запасам категории А. Гидрогеологические условия, условия залегания и общие условия разработки месторождения изучены достаточно полно для установления направления их промышленного использования. Служат в отдельных случаях для особо сложных условий основанием для проектирования и строительства шахт.

К категории С₁ относятся запасы, определенные на основе редкой сети буровых скважин или горных выработок, а также запасы, прилегающие к запасам категории В. Гидрогеологические условия, условия залегания и общие условия разработки месторождения изучены недостаточно. Запасы этой категории служат для более детальных геологоразведочных работ. Служат для обоснования более детальных разведочных работ.

К категории С₂ относятся запасы, стратиграфическое положение, мощность и качество угля установлены предварительно на основе вскрытия в отдельных точках. Контуры месторождения определены по данным геологической съемки и геофизических методов. Запасы данной категории - обоснование для планирования геологоразведочных работ. Служат основанием для планирования разведочных работ.

В зависимости от пригодности к использованию в промышленности запасы разделяются на :

балансовые; забалансовые; промышленные.

Балансовые - запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически целесообразно.

Забалансовые - запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически нецелесообразно вследствие малой мощности, низкого содержания полезного компонента, необходимости дорогостоящей переработки.

Z_геол = Z_бал + Z_заб

С развитием техники и технологии и изменении конъюнктуры рынка часть забалансовых запасов может перейти в балансовые.

Промышленные - запасы, подлежащие извлечению из недр. Промышленные запасы подразделяются на : вскрытые; подготовленные; готовые к выемке.

Вскрытые - запасы, к которым обеспечен доступ с поверхности с помощью горных выработок.

Подготовленные - запасы, для разработки которых подведены основные подготовительные выработки.

Готовые к выемке - запасы, для разработки которых пройдены все подготовительные и нарезные выработки, смонтировано оборудование и выполнены все прочие работы, позволяющие приступить к выемке угля.

В процессе разработки месторождений обычно не удается или является нецелесообразно извлечение всех запасов полезного ископаемого. Часть полезного ископаемого, таким образом, остается в недрах.

Потери - часть балансовых запасов не извлеченная из недр при разработке полезного ископаемого. Величина потерь оценивается в процентах или коэффициентом потерь полезного ископаемого.

С_пот = Z_пот / Z_{бал зап} * 100 %.

Эксплуатационные потери по бассейнам : Донецкий - 9,7 %. Кузнецкий - 18,9 %. Печерский и Подмосковный 13,7 %. Карагандинский - 23,9 %.

Коэффициент извлечения

С_извл = Z_{изв запасов} / Z_{,бал зап} * 100 %.

Значение коэффициента извлечения :

для тонких пластов - 0,9-0,92; для пластов средней мощности - 0,85-0,9;

для мощных пологих - 0,82-0,85; для мощных крутых - 0,8-0,85.

Связь между коэффициентом потерь и коэффициентом извлечения:

С_извл = 1 - С_пот.

Классификация потерь. Потери подразделяются на : проектные; фактические (общешахтные и эксплуатационные); разубоживание полезного ископаемого.

Проектные потери - величина общих потерь полезного ископаемого, предусмотренная проектом отработки шахтного поля.

Общешахтные - потери в охранных и барьерных целиках.

Эксплуатационные потери - потери запасов класса А и потери отдельного от массива полезного ископаемого класса В.

Нормативные потери - оптимальная величина эксплуатационных потерь на весь период отработки выемочного участка. Плановые потери -нормативные потери, рассчитанные на определенный календарный период развития горных работ.

Разубоживание полезного ископаемого - снижение качества полезного ископаемого в процессе добычи. Коэффициент разубоживания для углей

, где

А^с_Д - зольность добытого угля; А^с_Б - зольность балансовых запасов.

ЛЕКЦИЯ №6. ГОРНЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

Горное предприятие - предприятие, осуществляющее разведку или эксплуатацию месторождения полезных ископаемых. К горным предприятиям относятся:

шахты

карьеры

рудники

геолого - разведочные партии (грп)

Шахта - горное предприятие, осуществляющее добычу полезного ископаемого подземным способом.

Карьер - горное предприятие, осуществляющее эксплуатацию месторождения полезного ископаемого открытым способом.

Разрез - карьер по добыче угля.

Рудник - горное предприятие, разрабатывающее рудное месторождение и состоящее из одной или нескольких производственный единиц (шахт или карьеров).

Шахтоуправление - горное предприятие, осуществляющее эксплуатацию месторождения подземным способом и состоящее из нескольких производственных единиц (шахт, шахтопроходческих управлений, и т.д.). Отдельные горнодобывающие предприятия для осуществления деятельности объединяются в комбинаты, тресты, ассоциации, концерны.

Границы и запасы шахтного поля

Шахтное поле - месторождение или его часть, отводимая для разработки одной шахтой.

Карьерное поле - месторождение или его часть, отводимая для разработки одним карьером. Шахтные поля имеют прямоугольную или неправильную форму.

Различают границы шахтного поля:

по простиранию

по падению (нижняя граница)

по восстанию (верхняя граница)

Верхняя граница шахтного поля - выход пласта под наносы.

Нижняя граница шахтного поля - техническая граница по одной из изогипс.

Границами по простиранию - могут служить дизъюнктивные нарушения, линии выклинивания пласта, границы полей соседних шахт (разрезов)

Различают размер шахтного поля:

по простиранию S (м)

по падению H (м)

вкрест простирания Z (м)

Размер шахтных полей по простиранию составляют 1-5км и более, иногда достигая 10 -12 км;

Размер шахтных полей по падению составляют 1 - 2,5 км, иногда превышая 3 км.

Возможная конфигурация шахтного поля

При неправильной форма шахтного поля его размеры задаются max и min значениями.

H H min, H max

S S min, S max

Z Z min, Z max

Горный отвод - право на разработку недр под точно ограниченным пространством поверхности земли.

Земельный отвод - часть земной поверхности, которая передается во временное пользование шахте для строительства зданий и коммуникаций.

Запасы шахтного поля.

В идеальном случае, когда шахтное поле имеет правильную форму, балансовые запасы могут быть определены по формуле.

Z бал = S H m P - для одиночного пласта.

n

Z бал = S_ix H_ix m_ix P_i ,

i=1

где m_i - мощность i - го пласта, и P_i - го пласта m/м³

Промышленные запасы шахтного поля определяются из выражения

 Z пром = Z бал C

где C - коэффициент извлечения угля.

Мощность и срок службы шахты

Проектная мощность шахты - максимально возможная добыча угля установленного качества в единицу времени определенная проектом строительства или реконструкции шахты.

Плановая мощность - максимальная добыча угля в единицу времени определенная на стадии проектирования шахт.

Фактическая мощность - максимальная добыча угля в единицу времени определенная с учетом фактического состояния горных работ.

Для обозначения мощности шахты принято обозначение А с соответствующим индексом.

Периодами определения всех видов мощности является год и сутки.

Проектная мощность шахты определяется исходя из запасов шахтного поля, мощности, угла падения пластов, общего количества пластов, количество пластов принятых к одновременной отработке, глубины ведения горных работ.

Современные шахты А= от 600 т до 7,5 млн т/год.

Срок службы шахты

Срок службы определяется из выражения:

.

Срок службы шахты определяется на стадии проектирования и включает:

период освоения шахтного поля (tн);

- период стабильной эксплуатации (Т_с);

- период затухания горных работ (t_з).

Полный срок службы шахты составит :

Т_п = tн + Тс + tз .

t_н - определяется по нормативным показателям освоения проектной мощности и составляет 2 - 3 года.

t_з - определяется остатком запасов и временем необходимым на ликвидацию предприятия.

угольный пласт горный ископаемый

ЛЕКЦИЯ №7. ЭТАПЫ ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Понятие о горных выработках

Горная выработка - полость в массиве угля или пустых пород, образовавшаяся в результате горных работ.

Различают очистные и подготовительные горные выработки.

Подготовительная выработка - выработка, предназначенная для обслуживания процесса добычи, угля (подвода и отвода воздушной струи, подачи электро- и пневмо- энергии, водоотлива, выдачи угля, доставки людей, материалов и оборудования.

Очистная выработка - выработка, предназначенная непосредственно для добычи полезного ископаемого (другое определение: выработка, образующаяся в результате извлечения угля из недр).

Этапы освоения угольного месторождения.

Различают следующие этапы освоения месторождения:

Разведка.

Проектирование шахты

Строительство шахты.

Вывод шахты на проектную мощность.

Стабильная эксплуатация шахты. Разработка М.П.И.

Затухание горных работ

Ликвидация шахты.

Разведка месторождения

Стадии разведки М.П.И.

Поисковая разведка

Предварительная разведка

Детальная разведка

Эксплуатационная разведка.

Поисковая разведка - комплекс работ по оценке местоположения п.и. Производится аэрогеологическим, геофизическим, геохимическим и наземным геолого - минералогическим методами. Итог: выделение участков для детальной разведки.

Предварительная разведка - комплекс работ по выяснению общих размеров месторождения, выявлению элементов залегания, определению качества п.и., ориентировочному подсчету запасов и выделению участков для детальной разведки.

Разведка ведется при помощи буровых скважин и разведочных выработок.

Детальная разведка - комплекс работ по высокоточному определению стратиграфический особенностей М.П.И., элементов залегания, гидрогеологический и качественных параметров, подсчет запасов с переводом их в высшие категории.

Разведка ведется при помощи буровых скважин и разведочных выработок.

Эксплуатационная разведка - доразведка М.П.И. в процессе его эксплуатации.

Проектирование шахты

Проект шахты - комплекс технических документов, содержащий описание и принципиальное обоснование количественных и качественных параметров шахты.

Проектирование - описание и принципиальное обоснование количественных и качественных параметров шахты.

В ходе проектирования определяются:

производственная мощность шахты.

количество разрабатываемых шахтопластов.

количество очистных и подготовительных забоев.

производительность труда.

себестоимость угля.

Количество трудящихся и ряд других.

Проектная организация - организация имеющая право (лицензию) на выполнение проектных работ.

Центр гипрошахт (Москва), Сибгидрошахт (Новосибирск), Кузбассгипрошахт (Кемерово), Вниигидроуголь (Новокузнецк), Сибгипрооргшахтострой (Новокузнецк).

Строительство и освоение проектной мощности

Строительство шахты включает следующие работы.

Инженерно - геологические изыскания на местности.

Перенос на местность размеров фундаментов и оснований основных зданий и сооружений поверхностного комплекса.

Строительство зданий и сооружений поверхностного комплекса (АБК, котельная, подстанция, здание ВГП) и подвод коммуникаций (тепло - водоснабжение, ж/д примыкания, ЛЭП, автодорога, и т.д.)

Проведение вскрывающих выработок, разделка ОСД.

Проведение основных подготавливающих выработок (параллельно с вводом в эксплуатацию пионерных участков).

Разработка угольного месторождения

Добыча твердых полезных ископаемых подземным способом предполагает три основных стадии:

вскрытие запасов шахтного поля

подготовка части этих запасов к отработке

очистные работы по выемке подготовительных запасов полезного ископаемого.

Совместно эти стадии называют разработкой месторождения полезных ископаемых.

Вскрытие шахтного поля - проведение выработок для обеспечения доступа к полезному ископаемому с земной поверхности. Различают вскрытие шахтного поля и отдельных его частей: горизонтов; блоков; пластов.

Вертикальные и горизонтальные горные выработки: 1- вертикальный ствол; 2 - геологоразведочная скважина; 3 - штольня; 4 - подготовительные штреки; 5 - просеки; 6 - слепой ствол; 7 - орты.

В соответствии с требованиями §76 ПБ шахтное поле вскрывается не менее чем двумя выработками. Система вскрывающих выработок должна обеспечивать надежную транспортную связь между угольными пластами и поверхностью, подачу в шахту свежей и выдачу на поверхность исходящей струи воздуха, удаление из шахты воды, подачу электро - и пневмо - энергии к машинам и механизмам.

Подготовка - проведение комплекса горных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающего возможность ведения очистных работ.

Подготовка создает условия для монтажа и работы очистного оборудования, вентиляции рабочих мест, транспортирования отбитого угля, доставки в забои оборудования и материалов, подачи электро - и пневмоэнергии.

Следует отметить, что с началом очистных работ подготовка не заканчивается и воспроизводство подготовленных запасов ведется параллельно с их отработкой.

Подготовку шахты следует вести так, чтобы производственная мощность была не менее установленного на данный период.

Очистные работы - добыча полезного ископаемого из очистных забоев и подготовительных забоев, проводимых по пластам.

Очистной забой - горная выработка предназначенная для выемки полезного ископаемого.

Линия очистных забоев - суммарная длинна всех забоев на шахте.

Очистные забои подразделяются на:

действующие, т.е. работающие полное число смен.

Резервно - действующие - забои, работающие неполное количество смен в сутки.

Резервные - забои, которые не работают, но полностью оснащены и готовы к работе.

Технологическая схема шахты - комплекс транспортных, очистных и вентиляционных выработок, а так же выработок ОСД и поверхностных сооружений, позволяющих обеспечить добычу полезного ископаемого.

Ликвидация шахты - комплекс работ по погашению горных выработок, демонтажу оборудования, рекультивации поверхности и созданию безопасных условий для окружающей среды. (предотвращению аварийных затоплений, выбросов метана, контроль за состоянием поверхности и т.д.)

ЛЕКЦИЯ № 8. ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

В горном деле используются горные выработки самых разных размеров, форм и назначения.

Элементы горных выработок

Горная крепь - специальная конструкция, применяемая для сохранения необходимых размеров поперечного сечения выработки.

Материалы крепи : - металлоконструкции; монолитный бетон, железобетон;

кирпич и бетониты; дерево; полимерные материалы.

В породах с крепостью f = 10 выработки могут проводиться без крепления.

Расположение выработок по отношению к элементам залегания пласта

выработки проводимые по падению (восстанию) или незначительным углом к линии падения;

выработки проводимые по простиранию или незначительным углом к линии простирания;

выработки проводимые вкрест простирания пласта.

По сроку службы выработки различают:

Капитальные Г. В. - выработки, обслуживающие шахту в течении всего срока службы горнодобывающего предприятия или большей части этого срока.

Блоковые, погоризонтные, ярусные и т.д. - выработки, обслуживающие определенные части шахтного поля. Срок службы таких выработок совпадает с продолжительностью отработки этих частей шахтного поля.

ЛЕКЦИЯ № 9. ГЛАВНЫЕ ВСКРЫВАЮЩИЕ ВЫРАБОТКИ

Капитальные - выработки, обслуживающие шахту в течение всего срока работы горного предприятия ...