2020-08-05
1062
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
(Солигорский филиал)
Б.И. Петровский
Подземные горные работы
Учебное пособие для студентов
Специальности 1-51 02 01
Полезных ископаемых)
Солигорск 2019
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
| ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………. | 8 |
| 1 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ……………………………………………………………… | 9 |
| 2 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ……………. | 11 |
| 2.1 Понятие о шахте, шахтном поле, руднике, месторождении полезного ископаемого, полезном ископаемом, залежи полезного ископаемого, пустой породе, пласте…………………………….. | 11 |
| 2.1.1 Классификация полезных ископаемых по физическому состоянию ……………………………….. | 12 |
| 2.2 Понятие о способах добычи полезных ископаемых (подземном, открытом). Их сравнительная характеристика…………………………………. | 12 |
| 2.3 Элементы залегания пласта……………………………………… | 13 |
| 2.4 Классификация угольных пластов и рудных залежей по мощности и углу падения…………………………...... | 15 |
| 2.5 Простое и сложное строение пластов. Полная, полезная и вынимаемая мощность пластов сложного строения…………………………………………………. | 15 |
| 2.6 Классификация геологических запасов полезных ископаемых по назначению……………………………………….. | 16 |
| 2.6.1 Геологические запасы полезного ископаемого по пригодности к промышленному освоению …………….. | 17 |
| 2.6.2 Геологические запасы полезного ископаемого по степени изученности ……………………………………. | 17 |
| 2.6.3 Геологические запасы полезного ископаемого по готовности к промышленному освоению месторождения ………………………………..................... | 17 |
| 2.7 Кондиции на полезное ископаемое и порядок их разработки……………………………………………………… | 18 |
| 2.8 Потери и разубоживание полезного ископаемого при добыче………………………………………………………… | 19 |
|
| Стр. | |
| 2.9 Геологическое строение Старобинского месторождения калийных солей. Характеристика калийных пластов (горизонтов)…………………….……….…… | 19 |
| 2.10 Плотность (объемный вес), коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, влажность и газоносность пород Старобинского месторождения..….…… | 26 |
| 3 ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. ПРОХОДКА СТВОЛОВ…………………… | 27 |
| 3.1 Три стадии подземной разработки месторождений…………….. | 27 |
| 3.2 Понятие о стволах, капитальных и подготовительных выработках………………………………………………………….. | 27 |
| 3.3 Понятие о штольне, квершлаге, штреке ………………………….. | 28 |
| 3.4 Понятие о бремсберге, уклоне, гезенке, шурфе………………….. | 28 |
| 3.5 Способы вскрытия шахтных полей………………………………. | 29 |
| 3.6 Схемы вскрытия шахтных полей вертикальными стволами…………………………………………………………….. | 31 |
| 3.6.1 Одногоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов вертикальными стволами с капитальными квершлагами ……………………………… | 31 |
| 3.6.2 Многогоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов вертикальными стволами с горизонтными квершлагами ……………………………… | 32 |
| 3.6.3 Схема вскрытия свиты крутонаклонных и крутых пластов вертикальными стволами с этажными квершлагами …………………………………. | 33 |
| 3.7 Особенности вскрытия шахтных полей калийных месторождений……………………………………………………… | 34 |
| 3.8 Способы проходки стволов………………………………………. | 36 |
| 3.9 Способы подготовки калийных пластов к очистной выемке в начальной стадии подготовки. Понятие о горизонте, блоке, крыле…………………………………………. | 39 |
| 3.10 Подготовка калийных пластов к очистной выемке после разделения их на горизонты, блоки или крылья при столбовой и камерной системам разработки……………… | 40 |
|
| Стр. | |
| 4 ПРОВЕДЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК………………………………………………………….. | 43 |
| 4.1 Формы и размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок и порядок их определения при использовании пневмоко- лесного и конвейерного транспорта……………………………… | 43 |
| 4.2 Способы проходки горизонтальных и наклонных горных выработок ………………………………………………….. | 44 |
| 4.3 Крепь горных выработок и требования к ней.…………………… | 46 |
| 4.3.1 Крепь горизонтальных и наклонных выработок …………………………………………………… | 46 |
| 4.3.2 Крепь вертикальных выработок …………………………… | 47 |
| 4.3.3 Армирование вертикальных стволов. Типы армирования …………………………………………. | 48 |
| 4.3.4 Требования к горной крепи …………………………………… | 49 |
| 4.4 Деревянная крепь горизонтальных и наклонных выработок и ее элементы…………. ……………………………… | 49 |
| 4.5 Материалы для горной крепи: лесные материалы, металл, вяжущие вещества, растворы и бетон…………………..… | 50 |
| 4.6 Анкерная крепь и ее виды, применяемые на Старобинском месторождении. Режимы нагружения анкерной крепи……………………………………………………… | 52 |
| 4.6.1 Крепь анкерная замковая (КАЗ) …………………………… | 54 |
| 4.6.2 Крепь анкерная винтовая металлическая (КАМВ) ………. | 54 |
| 4.6.3 Крепь анкерная винтовая замковая цельная КАВ(ЗЦ) ………………………………………………………. | 55 |
| 4.7 Проходческий цикл………………………………………………… | 57 |
| 4.8 Проходческие комбайны с исполнительным органом избирательного и бурового действия, их конструкция и производительность…………………………… | 58 |
| 4.9 Шпуры врубовые, отбойные и оконтуривающие. Основные типы врубов при проведении выработок …………… | 64 |
| 4.10 Погрузка и доставка руды при буровзрывном и комбайновом способах проведения горизонтальных и наклонных выработок………………………………………… | 65 |
|
| Стр. | |
| 4.11 Способы охраны горных выработок на Старобинском месторождении…………………….…………. | 68 |
| 4.11.1 Способ охраны компенсационными щелями..................... | 68 |
| 4.11.2 Способ охраны разгружающими выработками................. | 69 |
| 4.12 Трещиноватость горных пород и ее влияние на устойчивость горных выработок……………………………... | 70 |
| 4.13 Ремонт горных выработок……………………………………….. | 71 |
| 5 ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ И РУДНИКОВ. ПОДЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ………………………………………... | 73 |
| 5.1 Способы вентиляции шахт и рудников …….……………………. | 73 |
| 5.2 Проветривание подземных выработок …….……………………. | 74 |
| 5.3 Способы проветривания тупиковых выработок вентиляторами местного проветривания (ВМП)…………………. | 75 |
| 5.4 Шахтный и атмосферный воздух. Микроклимат горных выработок…………………………………………………. | 76 |
| 5.5 Метан и его свойства, виды выделения…………………………… | 78 |
| 5.6 Газовый и пылевой режимы в подземных выработках. Установление категории угольных шахт по газу………………………………………………………… | 79 |
| 5.7 Порядок отнесения соляных рудников к опасным по газу. Дополнительные требования для рудников, опасных по газу…………………………………………………….. | 83 |
| 5.8 Подземный транспорт и его виды………………………………… | 85 |
| 6 СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ И ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ……………………………. | 87 |
| 6.1 Классификация систем разработки калийных месторождений …………………………………………………….. | 87 |
| 6.2 Особенности разработки калийных месторождений…………… | 88 |
| 6.3 Камерная система разработки калийных месторождений с оставлением жестких и податливых целиков и комбайновым способом выемки……………………………………………………………… | 90 |
|
| Стр. | |
| 6.4 Комбинированная система разработки Третьего калийного пласта Старобинского месторождения……………… | 93 |
| 6.5 Столбовая система разработки пластовых месторождений……………………………………………………. | 95 |
| 6.6 Системы разработки пластовых месторождений короткими столбами………………………………………………. | 97 |
| 6.7 Сплошная система разработки пластовых месторождений…………………………………………………….. | 99 |
| 6.8 Основные направления совершенствования систем разработки на Старобинском месторождении………..………… | 101 |
| 7 ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ……………………………………………… | 103 |
| 7.1 Способы выемки полезного ископаемого при разработке калийных и пластовых месторождений…………….. | 103 |
| 7.2 Понятие об отбойке руды при очистных работах. Требования к процессам отбойки руды…………………………. | 104 |
| 7.3 Преимущества и недостатки комбайнового способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом……………………………………….. | 105 |
| 7.4 Комплексно-механизированные очистные забои и механизированные комплексы при отработке пластовых месторождений…………………………...…………… | 106 |
| 7.5 Очистные комбайны и механизированные крепи для длинных очистных забоев……………………………………. | 108 |
| 7.6 Технология очистных работ с применением струговых установок………………………………………………. | 119 |
| 7.7 Валовая и селективная выемка лавами слоев Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3, 3 Третьего калийного пласта Старобинского месторождения…………………………… | 120 |
| 7.8 Оптимальное соотношение между очистными и подготовительными работами (забоями) в шахте…………………………………………….……………….. | 124 |
| 7.9 Понятие об операции, сущность и содержание основных, вспомогательных и подготовительно- заключительных операций при добыче полезных ископаемых…………………………………………………………. | 125 |
|
| Стр. | |
| 7.10 Понятие о производственном процессе. Структура производственных процессов в шахте, в пределах выемочного участка……………………………………………... | 126 |
| 7.11 Основные требования, предъявляемые к производ- ственным процессам при разработке калийных месторождений……………………………………………………. | 127 |
| 7.12 Процессы выемки, крепления и управления кровлей при отработке калийных и угольных пластов длинными очистными забоями (лавами)……………………….. | 128 |
| 7.13 Процессы управления качеством рудной массы на калийных рудниках…………………………………………….. | 130 |
| 8 ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ…………………………... | 132 |
| 8.1 Сдвижение массива пород при очистной выемке пластов лавой………………………………………………………. | 132 |
| 8.2 Непосредственная и основная кровля. Обрушаемость пород кровли калийных и угольных пластов…………………………………………………. | 133 |
| 8.3 Горное давление в лавах. Основные факторы, влияющие на проявления горного давления в очистных забоях и выработках…………………………………… | 135 |
| 8.4 Динамические проявления горного давления: микроудар, толчок, стреляние пород…………………………….. | 138 |
| 8.5 Особенности проявления горного давления на больших глубинах. Горный удар………………………………. | 138 |
| 8.6 Меры предупреждения горных ударов…………………………… | 139 |
| 8.7 Сущность управления горным давлением в очистных забоях при разработке калийных месторождений, перечень способов управления…………………………………………………………. | 140 |
| 8.8 Управление кровлей полным обрушением в лавах с механизированной крепью…………………………………….. | 142 |
| 8.9 Газодинамические явления в калийных рудниках……………….. | 142 |
| СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………….. | 146 |
|
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время разработка месторождений полезных ископаемых ведется подземным и открытым способами. С переходом на более глубокие горизонты открытый способ становится все менее выгодным или невозможным из-за необходимости переработки большого объема пород при вскрышных работах. В связи с этим подземная разработка занимает важное место при добыче полезных ископаемых. В Республике Беларусь подземным способом разрабатываются калийные соли на Старобинском месторождении. Так как калийные соли на Старобинском месторождении залегают в виде пластов, то технология и механизация при их добыче не отличаются от пологопадающих угольных пластов. Поэтому в учебно-методическом пособии наряду со Старобинским месторождением много внимания уделено разработке пластовых месторождений.
Подземной разработкой называются горные работы, производимые в массиве горных пород по вскрытию, подготовке и очистной выемке полезного ископаемого, а технологией горных работ называется технологическая схема с проведением и креплением подготовительных выработок, организацией подготовительных и очистных работ с указанием применяемых средств механизации. С учетом данных определений и построено содержание учебно-методического пособия по дисциплине «Подземные горные работы».
В пособии содержится горно-геологическая характеристика месторождений полезных ископаемых. Рассмотрены вопросы вскрытия и подготовки, проведения и поддержания горных выработок, вентиляции шахт и рудников, подземного транспорта на пластовых месторождениях. Описаны системы разработки и технологические схемы ведения очистных работ на калийных рудниках и угольных шахтах. Приведены особенности проявления горного давления при разработке пластовых месторождений длинными очистными забоями. Освещены перспективы развития калийной промышленности в Республике Беларусь.
Цель пособия – углубить и закрепить знания, полученные студентами на предыдущих лекционных и практических занятиях, а также подготовить их для дальнейшего изучения профилирующих дисциплин специальности.
|
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ
В настоящее время добыча калийной соли в РБ ведется на Старобинском месторождении, которое включает в себя 4 шахтных поля. Каждое шахтное поле разрабатывается отдельным рудоуправлением (1 РУ, 2 РУ, 3 РУ, 4 РУ), состоящим из рудника и обогатительной фабрики.
До 2002 года на каждом шахтном поле из 4-х разведанных калийных горизонтов (Первый, Второй, Третий, Четвертый) эксплуатировалось только два горизонта – Второй и Третий.
После освоения на месторождении селективной выемки Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3, 3 Третьего калийного пласта был введен в эксплуатацию в 2002 году на 1 РУ Первый калийный горизонт, который из-за большого (более 10 %) содержания НО был отнесен к забалансовым и не подлежал разработке. Прогнозируемые промышленные запасы (извлекаемые) горизонта составляют около 80 миллионов тонн. Годовая добыча – 2,5 миллионов тонн. Также в настоящее время ведутся работы по вскрытию Первого калийного горизонта на 3 РУ.
С 2010 года введен в эксплуатацию Краснослободский рудник с проектной мощностью 6 млн.т. руды в год и транспортированием руды по поверхности на обогатительную фабрику 2 РУ. Промышленные запасы рудника оцениваются в 170 млн.т. на Третьем калийном горизонте. Забалансовые запасы на Втором калийном горизонте составляют 94 млн.т. и в настоящее время решается вопрос о вовлечении этого горизонта в отработку. Также в 2016 году осуществлен переход западного разлома на Третьем калийном горизонте этого рудника, что позволит подойти к более богатым запасам калийных солей.
В 2015 году начато вскрытие Четвертого калийного горизонта на 2 РУ.
Вскрытие осуществляется тремя уклонами с Третьего калийного горизонта. В настоящее время один уклон уже пройден до Четвертого калийного горизонта. В марте 2019 года планируется вскрыть горизонт вторым уклоном, а в мае этого же года – третьим уклоном.
Одновременную с подготовкой Четвертого калийного горизонта на шахтном поле 2 РУ начнется вскрытие его горизонтальными подземными выработками на шахтных полях 1 РУ и 3 РУ.
|
Намечено строительство рудников на Нежинском и Доросинском участках Старобинского месторождения. Нежинский участок расположен в Любанском районе и граничит с шахтным полем 4 РУ, а Доросинский участок простирается от д. Погост в направлении д. Гуляево Слуцкого района.
С целью увеличения мощностей ОАО «Беларуськалий» реализуется крупный инвестиционный проект по строительству Петриковского горно-
обогатительного комбината (ГОК) в Гомельской области. В настоящее время осуществляется проходка скипового и клетьевого стволов. По состоянию на 21 декабря 2018 года стволом № 1 (скиповым) вскрыт промышленный горизонт 4-П на глубине 713,7 м. Проектная глубина этого ствола составляет 808 м. Забой ствола № 2 (клетьевого) достиг глубины 678 м при проектной глубине 725 м. Проходка стволов ведется с высокой скоростью, достигающей 80 м/мес.
Начиная с июня 2018 года на горно-обогатительный комбинат поступают большие объемы технологического оборудования, завершить его поставку планируется в марте 2019 года. Затем в кратчайшие сроки будет выполнен монтаж оборудования и произведена его наладка. Запуск комбината запланирован на декабрь 2019 года. Строительство ГОКа ведется в соответствии с графиком, а в определенных моментах – с опережением намеченных планов.
Мощность Петриковского ГОКа составит 1,5 миллиона тонн удобрений в год. Выход на проектные мощности запланирован уже в 2021 году.
| ||||
| ||||
