Тематическая (текущая) лекция. Способы добычи твердых полезных ископаемых. Основные понятия.

МИНСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное   профессиональное  образовательное

автономное учреждение

 «Благовещенский политехнический колледж»

Тематическая (текущая) лекция.

Способы добычи твердых полезных ископаемых.

Основные понятия.

Выполнила: Шмырина О.Б.

преподаватель спец.дисциплин

г.Благовещенск

2018 г.

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

Как область промышленного производства оно охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, строительство горных предприятий для их разработки и первичной переработки минерального сырья.

Основные задачи горного дела:

1. Овладение студентами горной терминологией в области открытой, подземной разработки месторождений.

2. Ознакомление с основным горным оборудованием: буровым, выемочно-погрузочным и транспортным оборудованием карьеров, подземных рудников и обогатительных фабрик.

3.  Овладение навыками расчетов технологических параметров.

Основная функция горного техника – технолога  на производстве - управленческая: управление людьми, техникой, технологией, она выражается в процессе принятия решений - преобразовании информации в действие.

Горный техник – технолог на производстве обязан обеспечить:

- наилучшую организацию труда;

- экономно рациональное расходование материальных и денежных средств;

- освоение и использование научно-технических достижений;

- планомерное хозяйственное руководство;

- умелое применение экономических методов управления в условиях рынка

 - быть умелым менеджером;

- нормальные условия труда горнорабочих.

И все это - в сложных условиях постоянного перемещения рабочих мест горных машин (экскаваторов, буровых станков, бульдозеров, электровозов и т.п.) в пространстве, непрерывного сооружения и демонтажа различных коммуникаций (ЛЭП, железнодорожных путей, автомобильных дорог и пр.).

Поэтому,  независимо от занимаемой должности, горный техник – технолог должен хорошо знать основные технологические процессы на карьере

- буровзрывные работы,

-  экскавацию,

- транспортирование,

- отвалообразование

- уметь находить контакты с людьми для ведения воспитательной работы.

 Последнее особенно трудно для молодого специалиста, ибо его, как правило, сразу назначают начальником смены и в его подчинении оказываются десятки весьма опытных горнорабочих, в то время как у молодого специалиста еще никакого опыта нет, есть только теоретическая подготовка.

И именно от уровня овладения теорией в дальнейшем зависит правильность принимаемых решений и скорость накопления производственного опыта.

Молодого техник – технолог ценят не столько по тому, что он знает после окончания колледжа, а что он умеет делать.

Горнодобывающая промышленность как составная часть горного дела имеет целью добычу и первичное обогащение полезных ископаемых.

Она поставляет энергетическое минеральное сырье (топливо) (уголь, горючие сланцы, торф, нефть, природный газ), руды черных, цветных, редких и радиоактивных металлов, горно-химическое сырье, строительные материалы и пр.

Ее мировое производство, по экспертным оценкам, составляет 160-180 млрд. т горной массы.

Ежегодно из недр Земли добывается 8 млрд. т энергетического сырья, руды для производства 570 млн. т черных металлов, 170 млн. т цветных металлов, 620 млн. т индустриального минерального сырья.

При этом современные технологии горного производства позволяют использовать 3-5 % добываемой горной массы. Остальное идет в промышленные отходы, загрязняющие окружающую природу.

Горнодобывающая промышленность играет ведущую роль в экономике государства, определяет его самостоятельность и обороноспособность.

Российская Федерация располагает запасами всех видов минерального сырья, обеспечивающими действительную независимость страны, включая обороноспособность.

Наличие редких металлов обеспечивает возможность создания специальных сталей и сплавов, поэтому мы располагаем лучшими в мире танками, военными самолетами и стратегическими ракетами.

Есть версия, что предвоенная Германия, не имея таких металлов, была вынуждена в больших количествах закупать в СССР топоры из качественной стали и переплавлять их на броневую сталь.

Для горнодобывающей промышленности характерны:

*                     непосредственное влияние на окружающую среду, что обусловило ряд экологических проблем при освоении месторождений полезных ископаемых - пылегазовые выбросы в атмосферу, загрязнение подземных и поверхностных вод, почвенного слоя, снижение уровня грунтовых вод и т.п.;

*                     постоянное перемещение рабочих мест, предъявляющее повышенные требования к средствам механизации и автоматизации производственных процессов;

*                     постоянное увеличение глубины горных работ и связанное с ним ухудшение горно-геологических условий разработки, возможность возникновения газодинамических явлений, что создает предпосылки к снижению комфортности и повышению опасности труда.

         Поэтому все горные предприятия отнесены к категории опасных.

Первая достаточно полная систематизация знаний о горном деле и металлургии дана в  вышедшей в 1556 г. в Базеле книге выдающегося ученого и практика Г. Агриколы «О горном деле и металлургии в XII книгах».

Основы научных знаний об образовании минералов, способах ведения горных работ при добыче полезных ископаемых и проветривании рудников заложены в трудах великого русского ученого-энциклопедиста М.В. Ломоносова: «О движении воздуха в рудниках примеченном» ( 1745 г.), «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757 г.), «О слоях земных» (1763 г.), «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.).

Развитие горной промышленности является следствием научно-технического прогресса.

Многие российские ученые внесли большой вклад в развитие науки в горном деле:

-  А.И. Узатис создал первый в России курс горного искусства (1843 г.);

- Б.И. Бокий разработал основы аналитического метода проектирования горных предприятий;

- акад. А.М. Терпигорев заложил научно-методические основы механизации горных работ;

-  акад. Л.Д. Шевяков создал теорию проектирования шахт;

-  акад. А.А. Скочинский заложил основы рудничной аэрологии и безопасного ведения горных работ;

- акад. Н.В. Мельников заложил основы открытых горных работ

- многие другие ученые внесли и вносят свой существенный вклад в развитие горного дела.

Открытая разработка ведется непосредственно с земной поверхности и применялась в древнейшие времена для извлечения наиболее близко залегающих к земной поверхности полезных ископаемых.

С увеличением глубины горных работ способ становился

 невыгодным - удаление увеличивающегося объема пустых пород вручную было слишком трудоемким и дорогим.

         Поэтому открытый способ разработки на длительное время был вытеснен подземным, не требующим выемки пустых пород.

        Лишь с конца 19 века, с появлением машин способ получил вторую жизнь и начиная с 30-50-х годов 20 века применение открытого способа разработки непрерывно расширяется во всем мире.

В России открытые горные работы начались с Урала с Гороблагодатского железорудного карьера с 1735 года.

Но техника тогда была слабой и громоздкой и только в годы первых пятилеток началось развитие крупных карьеров:

- Магнитогорского железорудного (1930 г.),

- Коунрадского меднорудного (1936 г.),

- Бачатского угольного разреза (1950 г.).

В послевоенные годы начался выпуск мощного горного оборудования:

- экскаваторов с большой емкостью ковша,

- мощных автосамосвалов,

- буровых станков.

 В стране работают мощные карьеры с глубиной 250-300 м, проектируются до глубины 700 м, производительностью 20-50 млн. т горной массы.

На современном этапе формирования рыночной экономики страны основой функционирования и развития ее горной промышленности является открытый способ добычи твердых полезных ископаемых.

 Ныне в России этим способом добывается около 90 % железных руд, до 60 % руд цветных металлов и угля.

Земная кора (литосфера) - это каменная оболочка Земли толщиной 15-70 км (меньшие значения под океанами), ограниченная сверху гидросферой и атмосферой, а снизу - мантией, с которой ее разделяет поверхность Мохоровичича, характеризующаяся скачкообразным изменением скорости упругих волн. Земная кора состоит из горных пород.

 Различают:

-  коренные породы, залегающие на месте изначального образования,

- наносные - рыхлые породы, образовавшиеся в результате разрушения коренных пород выветриванием.

 Различают:

- физическое (под действием разности температур),

- химическое (под действием различных кислот и др. химических веществ)

- биологическое (под действием живых микроорганизмов) выветривание горных пород.

Отдельные частицы разрушившихся коренных пород либо оставались на месте, либо переносились водой или ветром на различные расстояния.

Коренные горные породы по происхождению делятся на:

- осадочные,

- магматические

- метаморфические.

Осадочные образуются в результате разрушения земной коры; к ним относятся песчаники, сланцы, известняки, торф, угли, каменная соль и др.

Магматические  (изверженные) образуются в результате охлаждения и затвердевания магмы.

 В зависимости от места ее затвердевания они делятся:

-  на интрузивные или глубинные (к ним относятся гранит, сиенит, диорит, габбро)

-  эффузивные или изверженные, вулканические (диабаз, андезит, базальт и т.д.).

Метаморфические образуются в результате изменения внутреннего строения, химического состава и физических свойств осадочных или магматических пород под воздействием высокой температуры и давления (кварциты, мраморы, слюдяные сланцы и др.).

Доступная для изучения верхняя часть земной коры (до 15 км) сложена преимущественно изверженными породами (95 %), доля метаморфических пород - 4 % и осадочных - 1 %.

Горные породы имеют достаточно однородный состав и строение и состоят из зерен одного или нескольких минералов, иногда включают обломки других пород.

Минералами называют природные химические соединения (реже самородные элементы - сера, ртуть, золото и др.), возникшие в результате различных физико-химических процессов в земной коре или на ее поверхности.

Из нескольких тысяч минералов около 60 относят к породообразующим, входящим в качестве постоянных компонентов в состав горных пород (силикаты, составляющие около 75 % всей земной коры, кварц, оливин и др.).

К полезным ископаемым (ПИ) относят все виды горных пород и минералов, встречающиеся в природе в твердом, жидком или газообразном состоянии, добываемых для хозяйственных, строительных, промышленных и научных целей и используемых в сыром виде (сера, ртуть, соль, благородные металлы, природный газ)) или после переработки (руды черных и цветных металлов, нефть).

Горные породы, вмещающие полезное ископаемое или заключенные в его толще, называют пустыми или вскрышными породами.

Разделение пород на полезное ископаемое и пустые породы является относительным - с прогрессом техники добычи и технологий переработки многие пустые породы начинают использовать как полезное ископаемое , во все больших количествах (глины, песок, мел как строительный материал, в стекольной, цементной промышленности и пр.).

  Полезное ископаемое и пустые породы объединяются понятием горная масса.

Естественное скопление ПИ в земной коре, занимающее определенный объем в ней, называют месторождением ПИ.

Месторождения могут быть:

- коренными

- россыпными.

Россыпные месторождения образовались при физическом выветривании горных пород и химическом воздействии на них различных факторов, их разделяют на:

- элювиальные (залегают на месте разрушения коренных пород),

- делювиальные (перемещенные на некоторое расстояние от коренного месторождения и в большинстве случаев являющиеся продолжением элювиальных),

- аллювиальные (перемещенные на значительные расстояния водными потоками),

- береговые,

- ледниковые

-  эоловые (перенесенные силой ветра элювиальные россыпи).

Различают рудные и нерудные месторождения.

Рудой называют естественное минеральное вещество, из которого путем соответствующей переработки извлекаются содержащиеся в нем металлы и полезные минералы.

Различают ПИ :

- металлические (руды черных, цветных, благородных радиоактивных и редких металлов),

-  неметаллические (сырье для металлургической, химической и др. отраслей промышленности)

- горючие (уголь, горючие сланцы, торф, нефть, газ)

- строительные горные породы (известняки, мраморы, граниты, пески, гравий и пр.).

Существуют следующие способы добычи полезных ископаемых:

-  подземный,

- открытый,

- комбинированный,

- со дна водоемов,

- геотехнологический

-  скважинный.

Добычу полезных ископаемых осуществляют горные предприятия.

Горное предприятие - самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых.

Горное предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение полезных ископаемых, называют горнодобывающим.

Виды горнодобывающих предприятий:

- шахта,

- рудник,

- карьер (разрез),

-  прииск,

- промысел.

Шахта - горное предприятие для подземной добычи угля.

Рудник - горное предприятие для подземной добычи руд, горно-химического сырья и строительных материалов.

Карьер - горное предприятие для открытой добычи руд.

Разрез - карьер по добыче угля.

Прииск - горное предприятие по добыче россыпных месторождений драгоценных металлов.

Промысел - горное предприятие по добыче жидких и газообразных полезных ископаемых.

Разработкой месторождения называют комплекс работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке.

Эти работы являются стадиями разработки месторождения.

 Вскрытие и подготовка осуществляются посредством проведения горных выработок.

Забои таких выработок называют подготовительными.

Выемку (добычу) полезного ископаемого ведут в очистных забоях.

Это в равной степени справедливо для твердых полезных ископаемых как при подземных, так и открытых горных работах.

Работы по подготовке к выемке и выемке полезного ископаемого называют горными работами.

В результате горных работ в толще горных пород образуются полости, называемые горными выработками, которые по назначению подразделяют на :

- разведочные (служащие для разведки залежи полезного ископаемого)

- эксплуатационные (для его разработки).

 В соответствии со стадиями разработки полезного ископаемого эксплуатационные горные выработки делят на:

- капитальные,

- подготовительные

- очистные.

К капитальным относят выработки, по которым осуществляется доступ к месторождению или его части. Это вскрывающие выработки.

 Подготовительные выработки проводят от капитальных для подготовки части залежи полезного ископаемого к очистной выемке.

В результате ведения очистных работ образуются очистные выработки.

По месту проведения горные выработки делят на:

- открытые (на поверхности земли)

- подземные (внутри пород).

 Начало выработки называют устьем.

 Поверхность, ограничивающая горную выработку с противоположной от устья стороны и перемещающаяся в результате ведения горных работ, называется забоем.

Совокупность горных выработок и технических сооружений, размещенных по определенному плану и оборудованных для добычи подземным способом называют шахтой (рудником), открытым способом - карьером (разрезом).

Вертикальные выработки.

Рудоспуск - вертикальная (реже наклонная) горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность на карьерах и не имеющая такового на подземных работах.

Как правило круглого сечения, диаметром 3-6 м на открытых работах и до 1 м на подземных.

Предназначен для перепуска горной массы к месту погрузки под действием собственного веса.

Шурф - вертикальная горная выработка малого сечения и глубины, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и служащая для различных целей: разведки, проветривания, спуска материалов и пр.

Горизонтальные выработки

Штольня - горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и служащая для разведки или вскрытия месторождения полезного ископаемого.

Тоннель - сквозная выработка, имеющая выход на поверхность с двух концов, для транспортных целей.

Форма поперечного сечения горизонтальных выработок различна - прямоугольная, трапециевидная, сводчатая, круглая.

Наклонные горные выработки

Рудоскат - наклонная горная выработка, устраиваемая на естественных склонах карьеров, служит для спуска полезного ископаемого под действием собственного веса.

Траншея - открытая горная выработка трапециевидного сечения. В зависимости от угла наклона различают наклонные с подъемом до 0,1 и крутые с подъемом от 0,125 до 1,0.

Капитальные траншеи проводят для вскрытия месторождения или его части, дренажные, разведочные; отдельные обслуживают уступ карьера, групповые - несколько уступов и общие - все уступы.

Разрезные траншеи и котлованы проводят на каждом уступе карьера для создания первоначального фронта горных работ с небольшим (3-5 %) продольным уклоном для отвода воды с уступа.

Длина и ширина котлована имеют один порядок измерения.

 Планомерную отработку уступа начинают с разноса одного или обоих бортов разрезной траншеи, у котлована одновременно разносят два, три и даже четыре борта.

Список используемой литературы

Основные источники:

1.     О.С. Брюховецкий Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых, - М.,»Недра» 2011г.

2.     Р.А. Демин, П.П. Зуев Сборник задач по открытой разработке месторождений полезных ископаемых М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2017

3.     В.А. Дьяков Транспортные машины и комплексы открытых разработок, -М., Недра, 2012 г.

4.     В.М. Емельянов Технология бульдозерной разработки вечномерзлых россыпей,  М.: Недра, 2016

5.     Б.Л. Евдокимов Железнодорожный транспорт открытых горных работ, - М., Недра, 2015 г.

6.     В.Ф. Замышляев Технического обслуживание и ремонт горного оборудования, - М., Академия , 2013 г.

7.     Методика выполнения курсового проекта по теме «Разработка рудного и нерудного месторождения» составил О.Б.Шмырина, 2015г.

8.     Л.О. Потапов Транспортые машины и комплексы открытых горных разработок, -М., Недра, 2013 г.

9.     Л.О. Потапов Карьерный транспорт, - М., Недра, 2013 г.

10. Р.Ю. Подэрни Горные машины и автоматизированные комплексы, - М., Недра, 2013 г.

11. А.К. Радионов Открытые горные работы М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ , 2016

12. О.А. Томаков Системы разработки при открытых горных работах М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2016

13. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах, 2015г.

14. К.Л. Хохряков Открытые горные работы М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2016

15. А.С. Чирков Добыча и переработка строительных горных пород М.: Издательство МГГУ, 2018

16. В.М. Шорохов Технология и комплексная механизация при разработке россыпных месторождений, М.: Недра, 2015

Дополнительные источники:

1.     С. А. Брылов: Горное дело- М.: Издательство Недра, 2012

2.     М.В. Васильев «Транспорт глубоких карьеров», - М., Недра, 2015 г.

3.     М.В. Васильев «Комбинированный транспорт в карьерах», - М., Недра, 2015 г.

4.     С.А.Демин «Сборник задач по горным работам», - М., Недра, 2015 г.