Горные выработки (выборки) - это полости в земной коре, которые образуются в результате ведения горных работ. Горную выработку ограничивают поверхности: верхняя - кровля выработки, нижняя - подошва выработки, боковые - стороны выработки. Поверхность выработки, которая в процессе ведения горных работ передвигается в толще пород, называется забоем. Забой в пустых породах называется проходческим, а в полезном ископаемом - очистительным. Часть пространства выработки, прилегающей к забою, называется призабойных пространствах.

Сложность процессов добычи из недр полезных ископаемых вызывает необходимость прохождения в земной коре выработок различного характера и свойств. Для решения вопросов проектирования, экономических и других оценок, строительства, эксплуатации и ремонта горных выработок, а их классифицируют по различным признакам.

Основным из таких признаков является:

а) расположение относительно дневной земной поверхности

б) назначение на стадиях освоения месторождения

в) срок службы

г) расположение в пространстве по отношению к горизонтальной плоскости

д) технологические функции.

По расположению относительно земной поверхности горные выработки делятся на открытые и подземные.

1.1 Открытые горные выработки

К вертикальным горным выработкам относятся шурфы и стволы шахт. Шурфом налипают вертикальную или (реже) наклонную подземную горную выработку, обычно малого сечения и небольшой глубины, имеющую непосредственный выход на поверхность, предназначенную для разведочных целей, обслуживания подземных горных работ или для производства взрывных работ (рис. 2).

Разведочные шурфы проходят обычно до глубины 20-40 м. Шурфы могут иметь прямоугольную, квадратную или круглую форму поперечного сечения площадью от 1 до 4 м2. C помощью шурфов вскрывают и изучают толщу коренных горных пород. При значительной глубине шурфов из них иногда проводят небольшие подземные горизонтальные горные разведочные выработки (рассечки), длина которых не превышает, как правило, 10-30 м.

На шахтах шурфы используют в качестве вспомогательных выработок, соединяющих подземные горизонтальные выработки с поверхностью, например для вентиляции, Размеры этих шурфов могут быть значительно больше указанных выше.

На карьерах шурфы при производстве взрывных работ используют для размещения в них зарядов взрывчатых веществ.

Шахтным стволом называют вертикальную или наклонную подземную горную выработку, имеющую непосредственный выход на поверхность и предназначенную для обслуживания подземных горных работ, проводимых при разведке или разработке месторождений полезных ископаемых.

Стволы разведочных шахт проходят на глубину до 100-150 м, достигающую в некоторых случаях 300-400 м и более. Форма поперечного сечения стволов шахт обычно прямоугольная, площадь от 6 до 20 м². Эксплуатационные стволы отличаются от разведочных большими размерами и более совершенным и долговечным оборудованием, форма поперечного сечения круглая или прямоугольная.

Вертикальная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для обслуживания подземных работ, называется слепым стволом (см. рис. 2). Устье слепого ствола располагают не на земной поверхности, а в почве или кровле подземной выработки. При разведке месторождений полезных ископаемых слепые стволы шахт применяют сравнительно редко.

Горизонтальные горные выработки

К подземным горизонтальным выработкам относят: штольни, квершлаги, штреки, рассечки и орты. Название горизонтальные выработки - несколько условно, поскольку большинство из них проводится с небольшим наклоном, облегчающим перевозку грузов и сток воды. Горизонтальные подземные выработки имеют прямоугольную, трапециевидную или сводчатую форму поперечного сечения площадью от 1,8 до 9 м² и более. Длина этих выработок может быть весьма различна, длина штолен и штреков измеряется иногда километрами.

Штольнями называют горизонтальные подземные выработки, имеющие непосредственный выход на поверхность (см. рис. 2) и предназначенные для обслуживания подземных разведочных или эксплуатационных работ. Штольни проводят только при гористом рельефе местности, устье выработки располагают на склоне горы.

Квершлагом называют горизонтальную подземную горную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность, проводимую по вмещающим породам в крест простирания или под некоторым углом к простиранию пород и предназначенную для обслуживания подземных разведочных или эксплуатационных работ. Устье квершлага может располагаться в боковой стенке камерной выработки, ствола или штольни.

Штреком называют горизонтальную подземную горную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность, проводимую в разведочных или эксплуатационных целях по простиранию наклонно залегающему месторождению или в любом направлении при горизонтальном его залегании (см. рис. 2). В большинстве случаев штреки проводят по полезному ископаемому, однако при разработке, а иногда и разведке месторождений их могут проводить и по вмещающим породам. В последнем случае их называют полевыми.

Рассечкой называют подземную горизонтальную горную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность и проводимую в целях разведки из шурфов, штолен, штреков или восстающих вкрест простирания горных пород.

Ортом называют подземную горизонтальную горную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность и проводимую при подземной разработке месторождений в крест простирания мощной залежи полезного ископаемого между висячим и лежачим боками или выходящую за пределы залежи до полевых штреков. Устье орта располагают в боку штрека.

Наклонные горные выработки

Промежуточное положение между вертикальными и горизонтальными выработками занимают наклонные выработки. Выделение их в самостоятельную группу обусловлено тем, что проведение этих выработок и транспортировка по ним грузов характеризуются специфическими особенностями. К наклонным выработкам в первую очередь следует отнести шурфы и стволы шахт в тех случаях, когда ось этих выработок не вертикальна.

Из наклонных подземных выработок, не имеющих непосредственного выхода на земную поверхность и используемых как при разведке, так и при разработке месторождений полезных ископаемых, рассмотрим уклоны, бремсберги и восстающие.

Уклоном называют наклонную подземную горную выработку, не имеющую непосредственного выхода на поверхность и предназначенную для подъема различных грузов при помощи механических устройств. Аналогичная выработка, предназначенная для спуска различных грузов при помощи механических устройств, называется бремсбергом.

Восстающим называют подземную вертикальную или наклонную горную выработку, проводимую по восстанию залежи (пласта) при разведке или разработке месторождений полезных ископаемых и предназначенную для изучения полезного ископаемого (разведочный восстающий) или для проветривания, передвижения людей и транспортировки грузов при разработке месторождений (см. рис. 2). Восстающие, пройденные по вмещающим породам, называют полевыми.

Камерные горные выработки являются в основном вспомогательными и предназначаются при разведке и разработке месторождений для установки машин, хранения оборудования и материалов; устройства подземных ремонтных мастерских и т.п.

Различные камерные выработки, в частности, располагают в околоствольных дворах; под околоствольным двором понимают совокупность транспортных и камерных выработок, расположенных около ствола шахты и предназначенных для обслуживания подземного хозяйства (рис. 3). Сопряжение околоствольного двора со стволом шахты оформляется в виде камеры, в которой осуществляются погрузочно-разгрузочные операции.

В систему выработок околоствольного двора входят насосная камера, в которой располагаются водоотливные установки, камера для ожидания, где горняки ожидают подъема на земную поверхность или доставки к рабочим участкам. Камеры подземной электроподстанции, электровозного депо, диспетчерской, медпункта и другие также располагаются в районе околоствольного двора. В камерных выработках устраиваются подземные склады взрывчатых материалов, устанавливаются буровые станки для бурения разведочных и взрывных скважин, лебедки и другое оборудование.

Очистные горные выработки

Выработка, предназначенная непосредственно для добывания полезного ископаемого, называется очистной. Формы и размеры этих выработок весьма различны; некоторые из них в процессе выемки полезного ископаемого приобретают конфигурацию разрабатываемой части месторождения, формы других зависят от принятого способа разработки.

проходка месторождение открытый горный выработка

2. Способы проходки горных выработок

2.1 Ручной способ проходки открытых горных выработок

Ручной способ проведения канав чаще всего применяется на стадиях региональных геолого-съёмочных работ и поисков, характеризующихся специфическими условиями производства работ, рационален при сравнительно небольших объемах работ, большой разбросанности объектов и труднодоступности для машин.

Выемка породы осуществляется ручными инструментами (лопаты, ломы, клинья, металлические метелки, кирки).

При глубине канавы до 1,5-2 м порода выбрасывается из забоя непосредственно на поверхность, при больших глубинах - на берму вышерасположенного уступа с последующей перекидкой ее на следующую берму или на поверхность или выдается в бадьях (рис. 4). Выемка породы ведется слоями. Расстояние между рабочими 3-6 м.

С целью сокращения объёма выемки при недостаточной устойчивости пород (выемка при ручном способе особенно малопроизводительна и трудоёмка) применяют крепление канав. Крепь возводится на каждом небольшом участке канавы, пройденном на всю глубину.

Затраты труда рабочих определяются по нормам (ЕНВ) на основании объёмов работ. Разделив общие затраты труда в человеко-часах на продолжительность смены, получают общие затраты труда в человеко-днях на весь объём работ. Число рабочих определяется делением затрат труда в человеко-днях на число смен работы. С учетом перевыполнения норм рабочими численный состав принимается на 10-15% меньшим по сравнению с расчётным.

2.2 Машинный способ проходки открытых выработок

Шпуры бурят с использованием компактных, транспортабельных бурильных машин относительно небольшой мощности. Эти особенности бурильных машин обеспечивают удобство их эксплуатации в горных выработках; в условиях разведки месторождений они облегчают перевозку оборудования к месту производства работ и позволяют бурить шпуры при небольшой энерговооруженности.

Бурильные машины оборудуют индивидуальными силовыми приводами - пневматическими, электрическими или встроенными в корпус двигателями внутреннего сгорания.

При значительных объемах бурения шпуров в определенных горно-геологических условиях становится целесообразным использование более мощного и производительного оборудования - бурильных установок, имеющих пневматические или электрические силовые приводы.

Исходя из рассмотренных выше способов бурения шпуров бурильные машины разделяют на следующие классы:

1) ударно-поворотного действия - перфораторы;

2) вращательного действия - сверла;

3) вращательно-ударного действия - колонковые перфораторы и бурильные головки, монтируемые преимущественно на специальных бурильных установках.

При разведке месторождений полезных ископаемых шпуры в подавляющем большинстве случаев бурят перфораторами и сверлами. В геологоразведочных партиях наиболее распространены пневматические перфораторы. В особых условиях проведения горных выработок при отсутствии достаточно мощных энергетических источников применяют перфораторы с двигателями внутреннего сгорания, называемые мотоперфораторами (бензоперфораторы).

Пневматический перфоратор представляет собой поршневую машину ударно-поворотного действия. По конструктивным особенностям механизма поворота различают перфораторы с зависимым и независимым приводами; по способу применения - переносные, телескопные и колонковые; по массе - легкие (до 18 кг); средние- (20-25 кг) и тяжелые (>30 кг).

Пневматические перфораторы массой до 33 кг называют переносными. Пневматические переносные перфораторы - ПП предназначены для бурения шпуров диаметром 30-50 мм в забоях горизонтальных и наклонных (нисходящих) выработок. Бурение шпуров переносными перфораторами осуществляется с использованием простейших поддерживающих устройств (пневмоподдержек) или ручной подачей (поэтому переносные перфораторы ранее назывались ручными). Переносные перфораторы применяют в подземных и открытых горных выработках для бурения горизонтальных, наклонных и направленных вниз шпуров.

В подземных выработках для бурения направленных вверх шпуров применяют телескопные перфораторы (ПТ). Масса телескопных перфораторов, используемых в геологоразведочных выработках, достигает 50 кг. Телескопные перфораторы представляют собой конструктивно единое целое перфоратора и пневмоподдержки, соединенных между собой стяжными болтами. Перфораторы этого типа предназначены для бурения восстающих шпуров и скважин, диаметром до 85 мм.

Колонковые перфораторы, имеюще значительную мощность и массу 100 кг и более, используют для бурения шпуров и скважин в крепких породах диаметром до 40-85 мм в горизонтальных выработках. Их устанавливают на специальных распорных колонках, манипуляторах или буровых каретках. Подача колонковых перфораторов на забой производится автоматическими винтовыми или цепными податчиками.

Мотоперфораторы используют для бурения нисходящих или наклонных шпуров преимущественно в процессе проходки открытых горных выработок. Масса мотоперфораторов составляет 30 кг.

Менее распространены при проведении разведочных выработок сверла, основная причина этого - затрудненность или невозможность бурения шпуров в крепких породах. Электрические сверла разделяют на ручные (масса до 24 кг) и колонковые, монтируемые на распорных колонках, манипуляторах или буровых каретках (масса колонковых электрических сверл достигает 130 кг).

Пневматические сверла практически не применяют при проведении горных выработок в процессе геологоразведочных работ, они используются в основном на угольных шахтах, в выработки которых выделяются горючие газы и пыль, образующие с воздухом взрывоопасные смеси,

Сверла с двигателями внутреннего сгорания (мотобуры) применяют при проведении открытых горных выработок в мягких некрепких породах; эти ручные бурильные машины имеют массу до 15 кг.

При больших объемах проходческих работ, осуществляемых в крепких породах, в процессе проведения подземных горизонтальных выработок применяют мощные пневматические машины вращательно-ударного действия, монтируемые на бурильных установках.

Буровой инструмент для ударно-поворотного бурения шпуров состоит из штанги и съемной буровой коронки (рис 9, 10). Штанги буров изготовляют из пустотелых стальных стержней шестигранного или круглого профиля длиной от 400 до 3000 мм, диаметром 32-46 мм.

2.3 Буровзрывной способ проходки горных выработок