Учет и движение запасов на горнодобывающем предприятии.

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекция №1.

История развития геологоразведочного и горного дела.

Аналогом курса «Технология разведки и разработки полезных ископаемых» является уже известные курсы «Рудничной (шахтной) геологии», «Горнопромышленной геологии». В предлагаемом курсе более глубоко рассмотрены вопросы разработки месторождений полезных ископаемых: техника, технологии подземных и открытых горных работ. Курс предназначен для горных инженеров-геологов занимающихся рудничной и шахтной геологией.

Современный рудничный геолог должен обладать знаниями в прикладных областях геологии (структурной геологии, геологии МПИ, поисках и разведке месторождений и т.п.), но и в смежных технических дисциплинах, прежде всего, в горном деле. Поэтому цель курса – ознакомить будущих горных инженеров-геологов с существующими способами разработки месторождений и геологическими работами на горнодобывающих предприятиях.

Зарождение методов поисков, разведки и добычи полезных ископаемых относится к глубокой древности. Горные породы и минералы использовались человеком ещё на заре своего существования.

Первыми полезными ископаемыми, целенаправленно добываемыми человечеством, были золото, медь, олово, драгоценные камни.

Первые представления об условиях формирования месторождений полезных ископаемых принадлежат древнегреческим философам Фалесу (ок.625-547 г до н.э.) и Зенону (ок. 336-264 г до н.э.). Фалес считал главной стихией воду, рождающей всё живое и неживую природу. Зенон считал же основой всего огонь. Интересные фактические сведения о минералах и горных породах содержатся в трудах Гераклита, Аристотеля (384-322 г до н.э.), в «Естественной истории» Плиния Старшего (23-79 г).

В античную эпоху существовали различные способы добычи полезных ископаемых: 1) при помощи горных работ, открытых и подземных; 2) промыванием и вымыванием; 3) просеиванием; 4) комбинированным способом; 5) выпариванием.

В Древней Греции наиболее широко были распространены открытые разработки. К древним открытым горным выработкам относятся каменоломни. В большинстве из них добыча велась не только в греческий, но и римский период. Каменоломни были открытыми (на Пентеликоне, в Сиракузах, о-в Сицилия) или подземными (на о. Парос, о. Крит). Так, на юго-западе Пантеликона находилось 25 античных каменоломен, расположенных одна над другой на высоте примерно 100 м над уровнем моря. По некоторым данным в этих каменоломнях было добыто около 400000 м³ мрамора.

Древние каменоломни имели необычайно большие размеры. По свидетельству Фукидида, в Сиракузских каменоломнях работали 7000 пленных афинян.

В глубокую древность уходит добыча медных руд. Так, медные разработки на территории Южной Болгарии датируются V-IV тысячелетием до нашей эры. Здесь древние выработки известные под названием Аи бунар расположены на невысоком горном хребте. Эти выработки представлены карьером, максимальная глубина которого достигает 30 м, а общая протяженность около 0,5 км. Из этого карьера древними горняками около 6 тыс. лет назад было добыто и поднято на поверхность около 30000 т скальной породы. Из добытой породы извлекли до 2000-3000 т медной руды – малахита и азурита, из которой впоследствии могло быть выплавлено до 500-1000 т меди.

На Синайском п-ове археологами были обнаружены подземные горные выработки, датируемые 2780-2720 гг. до н.э. Они представляли собой длинные галереи высотой до 2,5 м и шириной до 1,75 м и крупные камеры неправильной формы.

Способы разработки россыпных месторождений (преимущественно золота) принципиально не отличались от способов, применяемых в наше время, т.е. многократного промывания. Причём промывался весь золотосодержащий слой рыхлых отложений. Был известен способ добычи россыпного золота путём просеивания. Подобным способом добывалось золото в Нубии (Африка) из россыпных месторождений эолового происхождения. При этом применялось просеивание на ветру, что вполне оправдано в условиях нехватки воды.

Если при разработке коренных месторождений возникали какие-либо затруднения, использовался комбинированный способ. Отдельные участки месторождения с помощью целой системы горных выработок обрушивали, а затем вымывали пустую породу сильным водным потоком. Для этого воду заводили из самых верховьев рек и ручьев в специальный, вырытый в начале ската на краю горы бассейн. Ниже по долине создавалась целая система желобов, дно которых устилалось лозой, шкурами. По этим желобам проходил размытый грунт. Подобный способ добычи золота описан Плинием Старшим в Испании (Астурия, Галлеция, Лузитания). По его оценкам рудники в этих провинциях давали до 20000 фунтов золота в год.

Поваренную соль в ряде случаев получали способом выпаривания. Подобный способ получения соли описывает Клавдий Рутилий Намациант. Для этого на побережье создают связанный каналом с морем затон («солончак»). Этот затон разбивается на множество мелких прудов и после заполнения их морской водой, канал, связывающий затон с морем, перекрывается. Оставшаяся в прудах морская вода под действием солнца постепенно испаряется, а содержащаяся в ней соль выпадает в осадок.

Геродот описывал способ добычи асфальта (из него получали масло для светильников) в области Киссия в Вавилонии. Здесь асфальт вычерпывали бурдюками из колодца при помощи обычного колодезного журавля. Затем при помощи простейшей перегонки асфальт разделялся на сырую нефть, асфальт и твердые примеси.

При разработке месторождений наиболее часто применялась проходка шурфов, шахт, штолен, канав, траншей. Добыча полезных ископаемых открытым способом велась с помощью карьеров. Глубина шахт не превышала 200 м, а длина горизонтальных выработок достигала несколько сот метров. Общая протяженность подземных выработок на рудниках могла достигать десятков и даже сотен километров. Например, в Лаврийских рудниках в Греции чаще всего проходили штольни и шахты. Штольни обычно были наклонными (до 30°). Они были весьма извилистыми и в поперечном сечении имели форму квадрата, полукруга или трапеции. Высота штолен колебалась от 1 до 0,6 м. Глубина выработок составляла от 35 до 119 м, а общая длина всех галерей, штолен проведенных на Лаврийских рудниках достигала 150 км.

Штольни Испанских рудников мало чем отличались от выработок Лаврийских рудников. Они также были непрямолинейны, имели переменное сечение и в некоторых местах превращались в широкие и высокие камеры. В Испании кроме штолен проходили много шахт, часто довольно глубоких (до 200 м).

Выработки, которые проходились, можно подразделить на разведочные, эксплуатационные и вспомогательные. С помощью разведочных выработок выясняли характер залегания тел полезных ископаемых. Как правило, они имели меньшее сечение, чем эксплуатационные выработки, и часто после проведения разведки больше не использовались. Эксплуатационные выработки предназначались для извлечения из недр полезных ископаемых. Вспомогательные выработки (вентиляционные, выработки, сокращающие путь при транспортировке породы, водоотводные каналы и т.п.) применялись с целью обеспечения нормального процесса добычи.

Проходка горной выработки представляет собой довольно сложную технологическую операцию, которая включает ряд последовательных различных по характеру работ. Проходка включает следующие виды работ: отбойку породы, транспортировку её на поверхность, крепление выработок, их освещение, установку вентиляционного оборудования, водоотлив и др. В античную эпоху все операции по проходке выработок осуществлялись вручную. Отбойку породы проводили стальными инструментами: кайлом, молотом, ломами, зубилом, клиньями, лопатой. Орудия изготавливались из кованой стали хорошего качества и обычно закалялись.

Проходку осуществляли разными способами в зависимости от характера пород: 1) с помощью лопаты и кайла при относительно мягких породах; 2) с помощью кайла, лома, зубила, клиньев и кувалды в мягких породах с включениями прочных пород и валунов; 3) с помощью перечисленных инструментов, но с предварительным уменьшением прочности породы за счёт её нагревания костром – подобный способ применялся в породах типа известняков и мергелей; 4) предварительное нагревание породы с последующим её резким охлаждением струей воды – такой способ применялся при проходке скальных пород.

На поверхность породу доставляли главным образом вручную в корзинах или кожаных мешках. Иногда транспортировку по горизонтальным выработкам осуществляли в примитивных салазках. Для подъёма породы по вертикальным выработкам могли применяться простейшие подъёмные приспособления – вороты с бадьёй.

Для поддержания выработок оставлялись целики из породы, делались подпорные столбы из пустой породы. Использовались деревянные подпорки и крепь в виде дверных окладов.

Освещение подземных горных выработок осуществлялось специальными глиняными лампами, в которые наливали растительное или минеральное масло. Лампы устанавливались в специальных нишах горных выработок. Подобные светильники могли давать свет до 10 часов. Проветривание выработок чаще всего ограничивалось естественной вентиляцией, хотя иногда проходились специальные вентиляционные шахты и галереи. Воду удаляли вручную, вычёрпывая и перенося её в различных ёмкостях. Реже устанавливали водоподъёмные устройства с ручным приводом. В античной литературе описываются специальные водоотливные приспособления в виде колес и Архимедова винта. При сильных водопритоках выработки старались проходить с наклоном в сторону устья. При этом вода удалялась самотёком.

При работе в каменоломнях использовали кайло, зубило, лом, клинья, кувалду и пилу (с зубьями и без зубьев). Пилы использовались для выпиливания блоков определенной формы. Пилы с зубьями употреблялись по мягким породам. Более твердые породы обрабатывались пилами без зубьев с помощью песка, который непрерывно засыпался в прорез. Лучшим для этих целей считался песок из Эфиопии.

В послеантичный период горное дело получило значительное развитие в Моравии и Чехии. Здесь, уже в VII веке в Рудных горах добывали золото, руды серебра, свинца, меди, олова и др. В дальнейшем горное дело отсюда распространилось в Силезию (X в.), Венгрию (XI в.), Саксонию (XII в.) и другие страны.

К средним векам относится появление литературных источников по геологии и горному делу. Одна из подобных работ «Благонадёжная и полезная книжка, как искать и находить залежи, о всевозможных металлах, с дополнением горных терминов», изданная в 1518 г хранится в Фрайбергской горной академии. Наиболее полная сводка имевшихся в то время сведений по геологии, минералогии полезных ископаемых и условиям их разработки дана в труде Георга Бауэра (Агриколы) «О горном деле и металлургии» (1553). В книге обобщен опыт работы и накопившиеся наблюдения саксонских и чешских рудокопов.

Широко было развито горное дело и на территории Средней Азии и Казахстане, где добывалось большое количество меди, золота, серебра, олова и др. металлов уже в III в. до н.э.

В Древней Руси производилась добыча соли, строительных камней, минеральных красок, болотных железных руд, меди и драгоценных камней. В Московском государстве наиболее ранние сведения о поисках полезных ископаемых относятся к XV в. Это касалось главным образом серебра, золота, меди, поваренной соли и драгоценных камней. В это же время получила широкое развитие кустарная выплавка железа из местных месторождений легкоплавких железных руд. В дальнейшем кустарный промысел был вытеснен горнозаводским делом. Такие центры возникли, прежде всего, в северных (Олонецкий край, р. Вычегда) и центральных (район Тулы) частях Московской Руси, а затем в восточных районах (на Урале).

В России первые железоделательные заводы, оборудованные в соответствии с передовым (для того времени) технологическим уровнем, были построены в Тульском уезде, в 1632 г.

С этим же периодом совпадает также и начало промышленного освоения Урала. Здесь были построены «казной» крупные заводы: Невьянский (1699-1701 гг.), Каменский (1701 г.), Уктусский (1702-1704 гг.), Алапаевский (1702-1704 гг.).

При Петре I было создано специальное государственное учреждение для управления рудопоисковым делом – Приказ рудокопных дел, переименованное в 1719 г. в Бергколлегию.

В дальнейшем строительство железоделательных и медеплавильных заводов на Урале в XVIII и XIX вв. осуществлялось преимущественно частными предпринимателями.

К середине XVII в. относится также открытие и начало разработки жильного золота в Березовской даче на Урале. Россыпное золото и платина были открыты позднее и начали разрабатываться в начале XIX в.

Для подготовки специалистов по поисковому и горному делу ещё в 1703 г в Невьянске была открыта первая т.н. Циферная школа, дававшая учащимся элементарные знания в области горного дела. Позже такие же школы были открыты в Кунгуре и Уктусе. В 1773 г., ранее, чем в других странах, в Петербурге был основан Горный кадетский корпус, позднее переименованный в Горный институт. Лишь в Саксонии раньше, чем в России, в 1765 г. была основана Фрайбергская горная академия.

Научные основы рудной геологии, геолого-поискового дела в России были заложены М.В. Ломоносовым в его работах «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757), «О слоях земных» (1763) и «Первые основы металлургии или рудных дел» (1763).

Дальнейшее развитие геология получила в связи с региональными геологическими съёмками. Первая геологическая карта Европейской России была опубликована в 1829 г., следующие две – в 1841, затем в 1845 г.

В 1869-1872 гг. на юге России был построен Юзовский завод. В середине 80-х годов были открыты и соединены железной дорогой с Донбассом железорудные месторождения Кривого Рога, что явилось началом интенсивного развития металлургии на юге России. К концу XIX в. здесь имелось уже 20 крупных металлургических предприятий, выплавлявших около 92 млн. пудов черного металла, что почти в 2 раза превышало его производство на Урале. В 1881 г. Урал дал 19,3 млн. пудов чугуна, Юг – только 1,4 млн. пудов. В 1895 г. Юг уже перегонял Урал: выплавка чугуна составила 33,1 млн. пудов на Урале и 34 млн. пудов на Юге. В 1900 г. Урал дал 50,2 млн. пудов и Юг – 81,7 млн. пудов чугуна, а в 1913 г., соответственно 55,8 и 189,7 млн. пудов.

Первым государственным геологическим учреждением России был Геологический комитет, созданный в 1882 г. при Горном департаменте Министерства государственных имуществ. В задачи Комитета входило планомерное и систематическое изучение геологического строения страны и её минеральных богатств, составление общей геологической карты России и содействие в решении практических вопросов, связанных с геологией.

До 1892 г. Комитет был занят в основном работами по составлению 10-верстной геологической карты Европейской России. С 1892 г. он приступил к более крупномасштабным (3 и 1 верста в дюйме) съёмкам в Донецком каменноугольном бассейне и в железорудных районах Кривого Рога и Урала, а с 1893 г. занимался геологическими исследованиями вдоль сибирской железной дороги и в золотоносных районах Сибири. С 1901 г. начато систематическое изучение нефтеносных областей Кавказа, а также гидрогеологических исследований для целей водоснабжения.

После революции в 20-е годы были развернуты геологоразведочные работы в различных районах страны, что привело к открытию новых месторождений меди и железа на Урале, медных руд в Центральном Казахстане, ртутно-сурьмяных месторождений в Средней Азии, уникальных месторождений апатитов на Кольском полуострове, установлены новые золотоносные районы в Сибири и положено начало выявлению крупнейшей Волго-Уральской нефтегазоносной области. Разведка крупных сырьевых ресурсов позволила преступить к созданию новой крупной угольно-металлургической базы на Урале и в Кузбассе.

В эти годы для оперативного руководства геологической службой организуются Сибирское, Украинское и Дальневосточное отделения, а также Уральское, Северо-Кавказское, Закавказское и Туркестанское бюро Геолкома.

В 1929 г. в Москве на базе Геологического комитета было организовано Главное геологоразведочное управление (ГГРУ), непосредственно подчиненное Президиуму ВСНХ СССР, с широкой сетью периферийных организаций (районных геологоразведочных организаций). В 1939 г. на базе Главного геологического управления был образован Комитет по делам геологии при Совнаркоме СССР. Были созданы также самостоятельные отраслевые главные геологоразведочные управления (при наркоматах черной, цветной, угольной и т.д. промышленности).

К 1940 г. геологической съёмкой всех масштабов было покрыто 55,3% территории страны.

В годы Великой Отечественной войны были открыты и разведаны крупнейшие месторождения бокситов на Среднем Урале, медноколчеданные месторождения на Южном Урале, новые месторождения олова в Приморье, на Яне, Колыме, Чукотке, вольфрама в Средней Азии. Вместо временно утраченных месторождений марганца, молибдена, ртути, расположенных в европейской части СССР, были разведаны и введены в эксплуатацию новые месторождения в Казахстане и Средней Азии. Эти и многие другие открытия позволили полностью обеспечить потребности в сырье перебазированных и вновь созданных промышленных предприятий на востоке страны.

К выдающимся достижениям геологической службы в послевоенный период относятся создание минерально-сырьевой базы алмазодобывающей и газодобывающей отраслей промышленности. Были также открыты и разведаны месторождения атомного сырья.

В 1946 г. Комитет по делам геологии при СНК СССР был преобразован в Министерство геологии СССР – первое Министерство геологии в мире. Одновременно в отраслевых министерствах, производящих добычу полезных ископаемых, также развивалась геологическая служба для проведения разведочных работ на эксплуатируемых месторождениях, а также для поисков новых месторождений.

Лекция № 2

Характеристика месторождений полезных ископаемых.

Большое значение для разработки имеет разделение месторождений полезных ископаемых по сходству технологического процесса их добычи. По этому признаку можно выделить следующие группы месторождений полезных ископаемых: месторождения нефти и газа, месторождения угля и горючих сланцев, рудные и нерудные месторождения, россыпные месторождения.

Условия залегания месторождений, физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород определяют существенные различия методов добычи между этими группами полезных ископаемых и сходство внутри групп независимо от их вида. Например, технология добычи рудного и россыпного золота имеет значительно больше отличий, чем разработка железной руды и апатитов. Т.о., различия в технологии добычи определяются физико-механическими свойствами пород и полезного ископаемого, условиями их залегания, в том числе, формой рудных тел.

В недрах полезные ископаемые залегают в виде различных по форме тел (залежей).

Телом полезного ископаемого называется обособленное скопление минерального вещества, по качеству отвечающее требованиям промышленности. Рудные тела могут состоять из монолитной массы полезного ископаемого, а могут включать практически безрудные участки. Природные геологические тела и тела полезных ископаемых отличаются сложными, геометрически неправильными формами. По соотношению размеров в трех направлениях среди них выделяются: изометричные, плито- и трубообразные тела.

Изометричные тела – характеризуются близкими размерами в 3-х измерениях («гнездо», «карман», шток, штокверк).

Плитообразные тела – характеризуются значительной протяженностью в 2-х направлениях и небольшим третьим измерением (пласты и жилы). Плитообразные тела, отличающиеся небольшой площадью распространения называются линзами.

Пласт – тело сложенное однородным минеральным образованием и ограниченное двумя практически параллельными поверхностями: кровлей (вверху) и почвой (внизу). Нормальное расстояние между кровлей и почвой называется мощностью.

Жила – тело полезного ископаемого, возникающее в результате заполнения минеральным веществом трещин различного генезиса. Жила ограничивается поверхностями зальбандов.

Трубообразные тела – характеризуются значительным преобладанием одного размера над двумя другими (некки, рудные столбы, трубки взрыва).

Месторождением полезного ископаемого называется участок земной коры, в котором в результате тех или иных геологических процессов произошло накопление минерального вещества, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования.

Характеристика угольных месторождений.

Угольным месторождением называется природное скопление угля, которое в количественном и качественном отношениях пригодно для промышленного освоения.

Различают три основные природные разновидности ископаемых углей: бурый, каменный и антрацит. В настоящее время для промышленной классификации углей используют средний показатель отражения витринита (R%), выход летучих (V%) и другие показатели, которые характеризуют их основные технологические свойства. Например, для бурых – это максимальная влагоёмкость (W_max %), выход смолы полукоксования и высшая теплота сгорания (Q МДж/кг). Для коксующихся углей – это толщина пластического слоя или спекаемость.

Ископаемый уголь согласно ГОСТу 3472 разделяется на 9 марок: Б, Д, ДГ, Г, Ж, К, ОС, Т и А.

Наиболее характерной формой залегания ископаемых углей является пласт, реже угли залегают в виде линз или тел более сложной формы.

Угольный пласт – это скопление углистого вещества, распространенное на значительной площади и заключенное между приблизительно параллельными поверхностями напластования. Эти поверхности называются кровлей и почвой. Угольные пласты отличаются большей выдержанностью по сравнению с вмещающими их породами. Площадь распространения угольных пластов достигает десятков и сотен км².

Строение угольных пластов может быть: простым – без породных прослоев и сложным, когда угольные пласты состоят из чередующихся слоёв угля и углистых, глинистых или песчаных пород. Число, мощность и выдержанность этих слоёв может колебаться в широких пределах. Для пластов сложного строения различают:

- общую мощность, которая определяется по нормали от кровли к почве и включает все угольные и породные слои и

- полезную – состоящую из суммы мощностей только угольных пачек.

В настоящее время в практике разведки и разработки пласты каменного угля и антрацитов подразделяются по мощности на:

- тонкие (<0,7 м);

- средней мощности (0,71-1,2 м);

- мощные (>1,2 м).

Для бурых углей соответственно:

- тонкие (<2 м);

- средней мощности (2,1-4 м);

- мощные (>4 м).

Выдержанность мощности и строения угольных пластов относится к группе основных факторов, определяющих их промышленную ценность, условия разведки и разработки месторождений.

Мощность и строение одного и того же угольного пласта может сильно изменяться по простиранию. Это связано со многими генетическими причинами и эпигенетическими воздействиями.

Различают:

Первичные (или сингенетические) изменения мощности и строения угольных пластов, которые могут быть связаны: с неровностью дна бассейна торфонакопления;

- с сингенетическим размывом части торфяника наступающим морем или водным потоком. Подобные размывы обычно не выходят за пределы непосредственной кровли и почвы пласта;

- с неравномерностью поднятия или опускания отдельных участков площади углеобразования. Подобная неравномерность сказывается как на общей мощности угольного пласта, так и на появлении в угольном пласте породных прослоев. При значительных колебательных движениях в различных частях может происходить расщепление угольных пластов, вплоть до их полного выклинивания. Обычно расщепление и выклинивание отдельных угольных пачек происходит в направлении наибольшего прогиба. Подобное расщепление угольных пластов отрицательно сказывается на промышленном значении месторождений.

Изменения мощности угольного пласта может быть связано и с эпигенетическими процессами:

- с эпигенетическими размывами;

- тектоническими воздействиями;

- внедрением изверженных пород;

- карстовыми явлениями.

Отличительная особенность эпигенетических размывов – то, что они захватывают не только угольный пласт, но и перекрывающие его породы. Эпигенетические размывы подразделяются на: овражно-речные и морские.

Тектонические воздействия (складчатость, разрывная тектоника) могут приводить к образованию раздувов и пережимов, за счет перераспределения пластичной угольной массы при деформациях.

Генетически с угольным пластом тесно связаны породы кровли и почвы. Они отражают условия предшествовавшие угленакоплению (почва) и непосредственно следовавшие за ним (кровля). В большинстве случаев угольные пласты залегают в аргиллитах и алевролитах (глинистых сланцах), хотя могут быть и отклонения от этого правила. Кровля чаще всего представлена породами с хорошо выраженной слоистостью, тонко и мелкополосчатыми с линзочками и тонкими слойками угля. Глинистые разности часто содержат прослойки и линзообразные стяжения сидерита. Подобные породы являются типичными осадками мелкого моря. Иногда в кровле пластов залегают грубозернистые песчаники и известняки, свидетельствующие о резкой смене условий осадконакопления. В почве угольных пластов залегают породы без явно выраженной слоистости. Часто они обладают своеобразным комковатым сложением и содержат многочисленные углефицированные корневища и отпечатки растительного детрита (текстура «кучерявчик»).

Устойчивость пород кровли и почвы при горных работах является одним из основных показателей горно-геологических условий разработки. В зависимости от этих показателей кровля угольных пластов подразделяется на:

- ложную;

- непосредственную;

- основную.

«Ложная кровля» - слои пород небольшой мощности находящиеся непосредственно над угольным пластом и обрушающиеся одновременно с выемкой угля. Породы чаще всего представлены тонкослоистыми аргиллитами (алевролитами) с микрослойками углистого материала, рассеянного по плоскостям напластования. Контакты «ложной кровли» с вышележащими породами чаще всего гладкие, притертые послойными подвижками («зеркала скольжения»). Они характеризуются отсутствием сцепления с вышележащими породами.

Непосредственная кровля – толща пород (метры), залегающая непосредственно над угольным пластом или ложной кровлей. Её обрушение происходит после удаления или передвижения крепи. Сложена обычно глинистыми и песчано-глинистыми разностями пород. Устойчивость непосредственной кровли зависит от литологического состава, трещиноватости, тектонической нарушенности, обводненности. Устойчивость возрастает с повышением эпигенеза (степени литификации), увеличения содержания кремнезема в цементе пород, мощности пачек.

Основная кровля – мощная толща (десятки метров) устойчивых пород, залегающая над угольным пластом, ложной или непосредственной кровлей, которая может зависать и обрушаться после выемки угольного пласта на значительной площади. Обычно это мощные песчаники, известняки, крепкие алевролиты. Их горно-геологические свойства проявляются в форме первичных и вторичных посадок кровли после подвигания очистных забоев. Чем выше прочность пород тем больше шаг посадки.

Почвы угольных пластов также подразделяются на: «ложную», непосредственную и основную. Ложная и непосредственная почвы склонны к сползанию (при крутом падении) и пучению. Пучению способствуют: увлажнение пород, низкая степень их литификации, наличие угольных пропластков, значительная глубина отработки.

Для разработки существенное значение имеет угол падения пластов. Выделяют пласты с горизонтальным (0-5°), пологим (6-18°), пологонаклонным (19-35°), крутонаклонным (36-55°) и крутым (56-90°) падением.

Характеристика рудных месторождений.

Полезные ископаемые принято подразделять на рудные и нерудные. Отличительной чертой рудных полезных ископаемых является необходимость их дальнейшей переработки для извлечения содержащихся в них полезных компонентов. Граница между рудными и нерудными ископаемыми условна. Многие полезные ископаемые, которые раньше использовались сразу после добычи, в настоящее время подвергаются комплексной переработке для извлечения из них полезных компонентов. Поэтому термин руда в настоящее время применяют ко многим нерудным полезным ископаемым.

По углам падения месторождения делят на горизонтальные и пологозалегающие с углом падения от 0 до 20°; наклонные с углом падения от 20 до 50° и крутопадающие с углом падения более 50°.

По мощности рудные месторождения подразделяются на 5 групп.

Весьма тонкие – месторождения, при разработке которых очистная выемка сопровождается подрывкой вмещающих пород. ПБ допускается ширина очистного пространства 0,6 м, а высота (при пологом залегании рудных тел) 0,8 м. Эти размеры и определяют верхнюю границу мощности рудных тел данной группы.

Тонкие месторождения мощностью от 0,7 до 2 м. Их очистная выемка производится без подрывки боковых пород, но проходка горизонтальных подготовительных выработок в большинстве случаев требует подрывки.

Средней мощности – месторождения мощностью от 2 до 5 м. Разработка месторождений средней мощности может проводится без подрывки боковых пород.

Мощные – месторождения мощностью от 5 до 20 м, очистная выемка в которых при крутом падении может производиться по простиранию на всю мощность.

Весьма мощные – месторождения мощностью более 20 м. Очистную выемку в этих месторождениях при крутом падении ведут обычно вкрест простирания.

Глубокозалегающими считаются месторождения с глубиной залегания более 800 м.

Рудные месторождения могут залегать среди пород различного состава и генезиса.

Устойчивость заключается в способности подработанного снизу массива не обрушаться в течение определенного времени. По степени устойчивости руды и породы подразделяются на следующие группы.

Весьма неустойчивые – совсем не допускают обнажения кровли и боков выработки без крепления и, как правило, требуют применения опережающей крепи. При разработке рудных месторождений такие породы встречаются очень редко.

Неустойчивые – допускают небольшое обнажение кровли, требующей прочного поддержания её вслед за выемкой.

Средней устойчивости – допускают обнажение кровли на сравнительно большой площади, требующей поддержания при значительном сроке её обнажения.

Устойчивые – допускают очень значительное обнажение кровли и боков, требующее поддержания только в отдельных местах.

Весьма устойчивые – допускают обнажение на значительных площадях и длительное время могут сохранять устойчивость не обрушаясь, без поддержания крепью.

Металл в рудах редко встречается в чистом виде, большей частью он находится в виде химических соединений – рудных минералов. Например, железо находится в руде в виде гематита (Fe₂O₃), магнетита (Fe₃O₄); медь – в виде халькопирита (CuFeS₂); свинец – в виде галенита (PbS); олово - виде касситерита (SnO₂) и т.д.

По химико-минералогическому составу рудных минералов металлические руды принято делить на:

- руды самородных металлов (руды основных благородных металлов);

- сернистые руды (сульфиды цветных и редких металлов);

- окисные руды (окислы, карбонаты, сульфаты многих черных, цветных и редких металлов);

- силикатные руды (в основном руды рассеянных и редких элементов, в которых рудный минерал является силикатом или алюмосиликатом);

- смешанные руды (представлены смесью руд вышеперечисленных типов).

Качество рудных полезных ископаемых определяется, прежде всего, содержанием в рудах ценных компонентов и их технологическими свойствами.

Минимальное допустимое процентное содержание железа в железной руде зависит от типа руд и изменяется от 15 до 40%. К легкообогатимым рудам относятся магнетитовые, железистые кварциты и титано-магентитовые. Труднообогатимыми являются гематитовые руды, окисленные железистые кварциты и бурые железняки.

Марганцевые руды разрабатывают при содержании марганца не ниже 25-30%. Наличие в рудах железа и кальцита снижает эту норму до 20-15%.

Руды хрома имеют промышленное значение при содержании хрома от 28 до 62%. Для металлургических целей требуются высокосортные руды, содержащие не менее 45% окиси хрома. В химической промышленности используются низкосортные руды с содержанием окиси хрома 30-40%.

Около 90% никеля извлекается из медно-никелевых сульфидных руд. Минимальное промышленное содержание никеля в значительной степени зависит от содержания сопутствующих элементов (меди, платины, кобальта).

Основными типами молибденовых руд являются: кварцево-молибденовые, кварцевые вольфрамо-молибденовые, медно-молибденовые. Содержание молибдена в рудах колеблется от 0,05 до 1%. Основными типами вольфрамовых руд являются кварц-вольфрамитовые и скарновые шеелитовые. Минимальное промышленное содержание WO₃ 0,1-0,5%; в комплексных рудах может быть ниже. В жильных кварц-вольфрамитовых месторождениях промышленные руды содержат обычно 1-3% WO₃.

Медные руды обычно всегда содержат в небольших количествах золото, серебро, кадмий, сульфиды свинца, цинка, железа и ряд других элементов. Минимальное промышленное содержание меди 0,5-1,2%.

Коренные месторождения олова разрабатывают при содержании металла в руде 0,3-0,8%. При благоприятных экономических условиях содержание может быть снижено до 0,1%.

Из алюминиевых руд наиболее важное значение имеют бокситы – смесь различных минералов алюминия с примесями окислов и гидроокислов железа, кремнезёма, карбонатов и др. Содержание глинозема (Al₂O₃) в алюминиевых рудах колеблется от 20 до 55%. В последние годы для извлечения алюминия стали широко применяться нефелинсодержащие породы.

Полиметаллические руды помимо свинца и цинка часто содержат медь, серебро, золото, вольфрам, молибден, кадмий, иногда сурьму, висмут и олово. Минимальное суммарное содержание свинца и цинка в рудах 2%. Полиметаллические руды являются также источником получения и некоторых редких металлов (германия, индия).

Апатитовые руды являются сырьём для производства суперфосфатов и должны содержать не менее 34% Р₂О₅. Фосфориты – осадочные минеральные образования, главной составной частью которых являются фосфаты кальция. Различают конкреционные (содержащие 12-35% Р₂О₅), зернистые (Р₂О₅ – 5-16%) и массивные микрозернистые (Р₂О₅ 26-28%) фосфориты.

Минимальное промышленное содержание Р₂О₅ в фосфоритах 4-5%. Концентраты содержат 18-20% Р₂О₅.

Слюда. Промышленное значение имеют следующие минералы: мусковит, флогопит и литиевые слюды. Оценка слюдяных руд производится по размерам кристаллов слюды и содержанию их в килограммах в кубометре породы, причем учитываются кристаллы слюды с площадью пластин не менее 4 см².

Лекция №3

Подземная разработка месторождений. Классификация горных выработок.

В процессе подземной разработки рудных месторождений можно выделить три стадии: вскрытие, подготовку и очистную выемку.

Вскрытие состоит в проведении горных выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему рудному телу или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок. Выработки вскрытия – шахтные стволы, околоствольные выработки (руддвор), квершлаги, штольни, капитальные рудоспуски и др. – служат для транспортировки добытого полезного ископаемого и породы на дневную поверхность, для доставки людей, оборудования, материалов, для проветривания горных выработок, откачки воды и других целей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: