Основы гірничого виробництва

Основы гiрничого виробництва Лекцiя 1 мета, предмет та задачi курсу "Основи гiрничого виробництва". Основнi вiдомостi про гiрськi породи та кориснi копалини Мета: отримати уявлення про курс "Основи гiрничого виробництва", з'ясувати його значення для пiдготовки фахiвцiв з економiки; сформувати та розвинути знання про кориснi копалини та гiрськi породи План 1. Мета, предмет та задачi курсу "Основи гiрничого виробництва" 2. Короткi iсторичнi вiдомостi про розвиток гiрничої справи 3. Класифiкацiя гiрських порiд та їх основнi фiзико-механiчнi властивостi 4. Класифiкацiя корисних копалин та основнi їх родовища в Українi Гiрнича справа є однiєю з найдавнiших, вiдомих людству, наук. Ще первiсна людина здiйснювала примiтивнi гiрничi роботи для задоволення своїх потреб. Потiм людству стали вiдомi метали, але для їх отримання необхiдно було видобувати сировину. Поступово удосконалювалася технiка та технологiя ведення гiрничих робiт, а гiрнича справа оформилася як окрема галузь науки та технiки. Метою нашого курсу є вивчення принципiв та методiв органiзацiї, планування i ведення гiрничих робiт. Предметом курсу є сукупнiсть процесiв видобування корисних копалин з надр землi. Основними завданнями курсу є: · отримання вiдомостей про кориснi копалини та їх властивостi; · вивчення основних способiв видобутку корисних копалин; · ознайомлення з технологiєю видобутку корисних копалин; Історiя гiрничої справи та iсторiя людства невiд'ємнi одна вiд одної. Цiлеспрямованiй розробцi надр передувало збирання кам'яної сировини (раннiй палеолiт - близько 2,5 млн. рокiв тому). Цей перiод характеризувався збиранням iз земної поверхнi кам'яного матерiалу. Використовувалося близько 20 мiнералiв i бiльше 10 видiв гiрничих порiд (яшма, обсидiан, роговик). У епоху неолiту з'явилося використання кам'яних iнструментiв, а потiм i рогiв тварин як гiрничого устаткування. Першими достовiрними вiдомостями про ведення гiрничих робiт можна вважати рiзноманiтнi предмети бронзового вiку, знайденi археологами при вивченнi розкопок стародавнiх держав Середземномор'я, Малої Азiї, на Балканах, i, особливо в Давньому Єгиптi, який саме за рахунок високорозвинутої (на тi часи) гiрничодобувної промисловостi (а саме через контроль великої кiлькостi мiдних i золотих копалень), змiг стати на довгий час однiєю з найбiльших держав старовини. потреби в мо­нументальних спорудах. час розмочували водою: набухаючи, вони рвали мiцний камiнь. Початок використання мiдного знаряддя був орiєнтовно у 5-6 тисячолiттi до н. е. Видобувалися, в основному, мiдь, золото, олово, свинець. Пiзнiше почали використовувати залiзнi долота i кайла (Вiрменiя, Алтай, Балкани i iн.). Для виймання руди з поверхневих пластiв викопували ями i котловани, якi з часом почали називати кар'єрами. Виробки такого типу досягали довжини 100 м i глибини 20-30 м. Новим способом, що використову­вався аж до XVIст., був так званий вогневий спосiб видобутку руди. При цьому в забої розпа­лювали вогнище, яке нагрiвало поро­ду, а потiм пласт обливали водою. Внаслiдок цього порода трiскалась, i, таким чином, значно полегшувалось видобування корисних копалин. механiзми, такi як Архiмедiв гвинт та водочер­пальнi колеса. З приходом феодального ладу пов'язаний новий пiдйом продуктивних сил i збiльшення видобутку КК. Так в 4-5 столiттях починається розробка вугiльних родовищ в районi Льєжа, в 13 столiттi в Європi починається видобуток кам'яної солi методом розчинення. Збiльшення виплавки та обробки металiв викликало змiну вiдношення й до гiрни­чої справи, яка перетворилась у особливу сферу дiяльностi. Розвиток продуктивних сил у середнi вiки вимагав збiльшення видобутку залiзної ру­ди, кам'яного вугiлля й iнших корисних копалин. Розширення торгiвлi збiль­шувало попит на дорогоцiннi метали - золото i срiбло, видобуток яких у зв'яз­ку з цим значно зрiс. Великий виробничий досвiд в галузi гiрничої справи, накопичений до початку XVI ст. у країнах Захiдної Європи, був уперше узагальнений "батьком" гiрничої справи, як науки - видат­ним нiмецьким вченим Г. Агрiколою (1508-1557) у працi "Про гiрничу справу i металургiю" (1550р.). Ця книга протягом 200 рокiв була основним посiбни­ком з гiрничої справи. У винятково твердих породах дозволялося засто­совувати вогневий метод. Видобуту руду доставляли по гiрничих виробках у тачках або чотирико­лiсних вiзках. Використовували також рiзного виду коловороти (ручнi, зi шкi­ряним приводом або гiдравлiчними колесами). Маркшейдерськi роботи поступово видiлилися в самостiйну галузь гiрничої спра­ви. Епоха гiрничих машин пов'язана з виникненням мануфактурного виробництва. В цей час особливо важливу роль зiграв винахiд парового котла i, значною мiрою, унiверсального двигуна Дж. Уатта в 1774 р. Величезний вплив на гiрничу справу зробив винахiд парової машини. Це позначилося на конструкцiї багатьох машин, що були створенi в цей перiод (вентилятори, компресори, перфоратори). В усiх цих машинах панує принцип зворотно-поступального руху, тобто принцип, найбiльш повно використову­ваний в поршневiй парової машинi. Якiсно новий перiод настав пiд час промислового перевороту в 19 столiттi з початком виробництва гiрничих машин. Так, в 1834 р. Г. Отiс (США) розробив перший паровий однокiвшовий екскаватор на залiзничному ходi. З другої половини XIX ст. одержало розповсюдження канатне бурiння, при якому штанга з закрiпленим на її кi­нцi долотом опускалась в све­рдловину на канатi, а не на системi жорстких штанг. Пiсля пробурювання невеликої частини свердловини долото легко пiдiймалось на поверхню, а для очищення свердловини вiд породи туди на канатi опускали видовжене вiдро - "желонку". Проте при канатному бурiннi штанга поверталася з дуже великим зу­силлям. Тому незабаром з'явилися "самообертальнi" ударнi штанги. Були створенi спецiальнi буровi верстати для бурiння свердловин на глибину по­над 1000 м. У першiй половинi XIXст. були проведенi роботи з механiзацiї транс­портування корисних копалин. На багатьох рудниках i шахтах стала викори­стовуватися канатна вiдкатка, при якiй вагонетки прикрiплялися до нескiн­ченно рухомого канату, закрiпленого мiж двома шкiвами, один з яких приво­дився в рух або конем, або паровою машиною. Найбiльш цiкавi винаходи у галузi транспортування корисних копалин були зробленi в золотопромисловостi. У 1861 р. iнженером А. Лопатiним був винайдений так званий пiсковоз. Це був перший стрiчковий кон­веєр, призначений для транспортування золотоносних пiскiв до машин, а вiдмитих пiскiв у вiдвал. Лопатiн широко застосовував свiй винахiд на копа­льнях Схiдного Сибiру. Заглиблення гiрничих виробок i збiльшення їх довжини рiзко погiршили рудничну атмосферу. Це призвело до зростання числа вибухiв в шахтах. За­стосування парової машини в рудниках також викликало ряд великих катаст­роф. Тому проблему провiтрювання шахт стала дуже гострою. У XIXст. за­стосовуються поршневi вентилятори, дiаметр поршня доходив до 5,5 м. Гро­мiздкiсть i мала ефективнiсть таких вентиляторiв змушувала шукати нове рi­шення. Новим засобом став вiдцентровий вентилятор. лампи. Перша конструкцiя бурового верстата для обе­ртального бурiння була виготовлена у 1862 р., яка пiзнiше була удосконалена i забезпечена важiльним регулятором тиску коронки на вибiй. У другiй половинi дев'ятнадцятого столiття масштабне будiвництво залiзниць i каналiв, а також розвиток гiрничовидобувних робiт привiв до необхiдностi перемiщення великих мас землi, яке вже не могло бути здiйснене за допомогою ручної працi землекопiв. Це привело до активного розвитку рiзноманiтних землерийних машин. Так, наприклад, у Нiмеччинi застосовувалися «будiвельнi локомобiлi», оснащенi одноканатними грейферами. У 1906 р. англiєць Сеткайф сконструював стрiчковий конвеєр для плас­тiв невеликої потужностi. Спочатку в конвеєрi застосовувались бавовнянi стрiчки, а пiзнiше - прогумованi. Пiсля першої Свiтової вiйни, одночасно iз загальним розвитком технiки, активiзувався i розвиток екскаваторiв. Двигуни внутрiшнього згорання i електропривод, застосування гусеничного (i крокуючого) ходу дозволили iстотно збiльшити потужностi i мобiльнiсть екскаваторiв. Екскаватори стали повноповоротними, збiльшилася номенклатура їх робочого устаткування (пряма i зворотна лопата, драглайн, струг i iн.) i сфера їх застосування (розкривнi, тунельнi роботи i iн.). У США i в Росiї удосконалювалися однокiвшовi екскаватори. Вже на початку 50-х рокiв XX столiття використовувалися гiгантськi екскаватори з ковшами об'ємом до 30 куб. м. У Нiмеччинi та Францiї почали будувати все бiльш могутнi багатоковшовi екскаватори. застосовувались верстати ударно-канатного бурiння, на змiну яким прийшли шарошковi та iн. високопродуктивнi верстати. Зростає мiсткiсть ковша i параметри кар'єрних i розкривних екскаваторiв. Все ширше застосовуються драглайни. Ростуть об'єми видобутку бiдної залiзної руди, яка ранiше не вважалася корисною копалиною через низький вмiст корисного компоненту, у зв'язку з чим в 50-х роках почалося будiвництво великих ГЗК. У наш час глибина сучасних кар'єрiв досягла вiдмiтки 300-450 м, а в деяких випадках до 800 м. Щорiчно з кар'єру вивозяться десятки, а iнодi i сотнi мiльйонiв кубометрiв гiрської маси, якi можна також використати не тiльки в гiрничiй промисловостi, а i в iнших галузях народного господарства. основними поняттями , якими ми будемо оперувати в процесi вивчення курсу ОГВ: Гiрнича справа – Мiнерал - природне хiмiчне поєднання, яке однорiдне за складом та будовою та є складовою частиною гiрських порiд та руд (кварц, кальцит, магнетит). Вони зустрiчаються у природi в твердому станi (кварц, слюда, кальцит), рiдше в рiдкому (самородна ртуть) та газоподiбному (сiрководень). Виникають мiнерали в результатi рiзноманiтних фiзико-хiмiчних процесiв, якi вiдбуваються в земнiй корi, включаючи життєдiяльнiсть мiкроорганiзмiв. В природi вiдомо близько 2000 мiнералiв. Мiнерали класифiкують за хiмiчним складом та кристалiчною структурою та подiляють на самороднi, сульфiди, окисли, галоїди та солi кисневих кислот. Гiрська порода – геологiчне тiло, яке складене агрегатами мiнералiв бiльш-менш постiйного складу та утворене при рiзноманiтних геологiчних процесах всерединi землi та на її поверхнi. Гiрськi породи складаються з одного або декiльком мiнералiв (мармур, гранiт та iн). Корисна копалина – гiрськi породи або мiнерали, якi видобуваються з надр землi з метою їх подальшого використання. Кориснi копалини в природi зустрiчаються у декiлькох станах – твердому (вугiлля, руда, мармур), рiдкому(нафта) та газоподiбному (природний газ). Кориснi копалини в залежностi вiд використання подiляються на руди чорних та кольорових металiв( вугiлля, залiзна руда, марганець, цинк та iн), хiмiчну сировину (сiль, сiрка, апатит та iн) та будiвельнi матерiали (гранiт, мармур, вапняк). Родовище корисної копалини непромисловим – у протилежному випадку. Порожня порода – це гiрська порода, яка не мiстить корисної копалини або мiстить її у недостатнiй кiлькостi. Поняття корисна копалина та порожня порода досить вiдноснi. При розробцi рудних родовищ вапняк та глина є порожнiми породами, оскiльки вони не мiстять залiза, а на родовищах будiвельних матерiалiв цi ж гiрськi породи є корисними копалинами. – вся маса руди та порожньої породи, яка видається на поверхню шахти (кар’єру) як в змiшаному виглядi, так i окремо. Класифiкують гiрськi породи за рiзними ознаками: Класифiкацiйна ознака За агрегатним станом · твердi (руда, вугiлля та iн); · природнi гази. За походженням · магматичнi (утворенi в процесi охолодження та затвердiння магматичних розплавiв в надрах землi та на її поверхнi); · осадовi · метаморфiчнi (утворюються з магматичних та осадових порiд, якi пiддаються впливу високих температур, тиску та хiмiчних речовин) В залежностi вiд характеру зв'язкiв · зв’язнi (глини, суглинки, боксити); Як об’єкт гiрничих розробок · скельнi; · щiльнi; · м'якi; · сипучi; За структурою · кристалiчнi; · приховано кристалiчнi; · порфiровi; · уламковi. За текстурою · пористi; · шаруватi. До основних фiзико-механiчних властивостей гiрських порiд слiд вiднести: Щiльнiсть в масивi – вiдношення маси гiрської породи в природному заляганнi до об’єму, який вона займає. Щiльнiсть коливається в широких границях вiд 0,8 до 23 ( гiпс 2,3, алмаз 3,5, корунд 4 i т. д.) Мiцнiсть характеризується границею мiцностi, тобто максимальною напругою, яку може витримати зразок породи, вимiрюється в МПа Твердiсть – здатнiсть гiрської породи чинити опiр входженню в неї бiльш твердого iнструменту. Твердiсть обумовлена силою зчеплення частинок. Для оцiнки твердостi застосовується шкала Мооса. В’язкiсть – опiр породи силам, якi роз’єднують її частинки Пружнiсть – здатнiсть гiрської породи вiдновлювати свою форму та об’єм пiсля припинення дiї зовнiшнiх сил Абразивнiсть – здатнiсть гiрської породи зношувати деталi, якi контактують з нею. За методикою Барона та Кузнєцова показник абразивностi визначають як сумарну втрату маси (в мг) стержня, що обертається з частотою 400 об/хв., притиснутого до породи при осьовому навантаженнi 150 Н за 10 хвилин. Коефiцiєнт розпушення – вiдношення об’єму породи в порушеному станi до її об’єму в масивi. Кускуватiсть гiрських порiд характеризується вмiстом в нiй шматкiв певного розмiру. Влагоємнiсть – здатнiсть поглинати та утримувати воду. Коефiцiєнт мiцностi також мають свою класифiкацiю : № Класифiкацiйна ознака Вид корисної копалини 1 За умовами утворення · ендогеннi(магматичнi, пегматитовi, карбонатитовi, гiдротермальнi та iн.); · екзогеннi (розсипнi, осадовi); · метаморфогеннi 2 · органiчного походження; 3 · твердi; · рiдкi; · газоподiбнi 4 За умовами залягання · пластовi · жильнi та iн 5 За промисловим використанням · металевi (руднi) · неметалевi (неруднi) · гiдромiнеральнi Давайте детальнiше розглянемо кориснi копалини за останньою класифiкацiйною ознакою. До рудних родовище), титану (титаноноснi кори вивiтрювання Волинського масиву та Українського щита), ванадiй (Керченський залiзорудний басейн, Український щит), хромовi руди в Українi не добувають. · руди легких металiв (алюмiнiй) представленi в Приазов’ї, Закарпаттi та в межах Українського щита. · руди кольорових металiв (мiдь, свинець, цинк, нiкель). Родовища мiдi, свинцю та цинку в Українi невiдомi, родовища нiкелю виявленi на Побужжi та в Приднiстров’ї. · руди рiдкiсних металiв (олово, вольфрам, молiбден, ртуть, берилiй, лiтiй). Рудо прояви олова вiдомi в межах Українського щита та Приазов’я; вольфрам – у межах Українського щита, ртутнi руди Микитiвське родовище на Донбасi), а також на Закарпаттi; берилiй зустрiчається у рудах в межах Українського щита та в Приазов’ї; лiтiй ( Єсаулiвське – Донбас, та в межах Українського щита), родовища молiбдену в Українi не розвiданi. · руди благородних металiв (золото, срiбло, платиноїди) золото в Українi видобувають на Закарпаттi (Мужiївське родовище), в межах Українського щита, в Донецькому регiонi та у Карпатськiй золотоноснiй провiнцiї; родовищ срiбла та платини Україна не має. · руди радiоактивних металiв (уран, торiй, радiй) родовища уранових руд є в Українi в Приазов’ї (Слiсевське пегматитове родовище), Донбасi, частково у Карпатах, Побужжi, та серед порiд Криворiзько-Кременчуцької залiзорудної смуги. · руди розсiяних металiв (актинiй, рубiдiй, селен, германiй, телур та iн) До неметалевих корисних · горно-хiмiчна сировина ( калiйна, кам'яна сiль, сiрка, фосфатнi руди). Родовища цих корисних копалин вiдомi в Івано-Франкiвськiй, Львiвськiй обл. (калiйнi солi), Прикарпаттi (сiрка), Донбасi та Закарпаттi (кам'яна сiль), Приднiстров'я, Прикарпаття та Сумщина (фосфорити), вогнетривкi та бентонiтовi глини, флюсовi вапняки, доломiти, формувальнi пiски, цеолiти та графiти. Родовища цих корисних копалин вiдомi на Донбасi (Часовоярське, Новорайське), Приднiпров’я (П'ятихатське, Кiровоградське) у Криму · гiрничотехнiчна сировина (слюда, азбест, графiт, тальк). Їх родовища виявленi на Побужжi, Приазов’ї, Криворiжжi (слюди, тальковi руди), в межах Українського щита (графiт) (вапняк, мармур), на Закарпаттi (мармур) · п'єзооптична сировина ( кварц, iсландський шпат). Їх родовища розташованi в Приазов’ї та в межах Українського щита. · коштовне камiння (бурштин) – Рiвненська, Київська, Житомирська, Львiвська та Харкiвська обл. До горючих (паливних) корисних копалин вiдносять такi: · твердi (кам'яне та буре вугiлля, торф, горючi сланцi, сапропелiти). Вони зустрiчаються у межах Днiпровсько-Донецької западини (горючi сланцi), у Карпатах (горючi сланцi) , у Криму (горючi сланцi), Закарпаттi (буре вугiлля), Передкарпаттi (буре вугiлля), Донбасi (кам'яне вугiлля, сапропелiти) · Рiдкi (нафта, асфальт, озокерит) кориснi копалини в Українi видобувають в межах Днiпропетровсько-Донецької областi та в шельфi Чорного моря, в Львiвськiй областi (озокерит) · Газоподiбнi (природнi горючi гази) в межах Днiпровсько-Донецького району, Прикарпаття, на Харкiвщинi. та iн. 1. Гiрничий енциклопедичний словник: В 3т. – Донецьк.: Схiдний видавничий дiм, 2001. 2. Борисов С. С. Горное дело: Учебник для техникумов. – М.: Недра, 1988. – 320с.: ил.