Данные рекорды позволяют выявить возможности горнодобывающей техники и как правило, не повторяются в ближайшее время. Значительно сложнее организовать работу таким образом, чтобы в течении длительного времени обеспечить стабильную работу участка .В качестве примеров такой работы можно назвать участки Г. Смирнова (Кузбасс) В. Литвинова и А. Саламатина (Караганда), М. Чиха и многих других ,которые в течении нескольких лет добывали не менее миллиона тонн угля в год из одной лавы. Участок Чиха, например, работал так в течении 11 лет подряд.

Интенсивность труда- степень напряженности труда в процессе производства. Характеризуется затратами физических и нервных усилий, в том числе тяжестью труда, темпом и ритмом работы, коэффициентом использования рабочего времени.

Интенсивность труда обеспечивает темпы роста производительности труда.

Основной показатель пространственной концентрации горных работ

J= A/L

По данным ИГД АН Р.К. для Карагандинского бассейна повышение концентрации на 1% дает снижение себестоимости добываемого угля на 1,5 - 2,0%.

16. БЕЗЛЮДНАЯ ВЫЕМКА

Это условное название способов выемки без путствия людей в очистном забое. Безлюдная выемка - технология с высоким уровнем техники и организации, при которой исключается трудоемкий ручной труд в забое, обеспечивается высокая производительность и безопасность работ.

Различают две группы способов безлюдной выемки: c креплением и без крепления призабойного пространства.

В первом случае путствие людей в забое допускается только

во время профилактики, ремонтных работ, монтажа и демонтажа оборудования, т.е. при отсутсвии работ по выемке; во втором - человек по условиям технологии работ и безопасности не может (шнековая выемка, канатные пилы и т.д.) или не должен (гидродобыча) находится в забое.

Технология и средства безлюдной выемки создаются, главным образом, для условий, в которых невозможна эффективная эксплуатация комплексов с механизированными крепями и агрегатами. В первую очередь это касается маломощных пластов. Минимальная мощность пласта , при которой обеспечивается требуемый для людей проход высотой 400мм составляет 0,6 м минимальная мощность пласта ,при которой возможна нормальная эксплуатация механизированных комплексов 0-8 м.

Безлюдная выемка с креплением призабойного пространства включает отработку пластов механизированными комплексами и агрегатами, которые применяются на тонких и средней мощности пластах, в том числе, опасных по внезапным выбросам угля и газа: в процессе выемки люди находятся вне очистного забоя и управляют выемочной машиной и передвижкой крепи дистанционно. Агрегаты также могут работать с программным управлением.

Безлюдная выемка без крепления призабойного пространства производится буровыми и шнекобуровыми установками, канатными пилами, буровзрывным способом. Сюда также можно отнести специальные способы разработки месторождений (газификация, растворение, гидрогенизация и т.д.) Бурошнековая выемка - осуществляется путем последовательного бурения скважин, диаметром несколько меньше мощности пласта. Между скважинами оставляются целики угля, извлекаемые частично или совсем не извлекаемые. Транспортировка угля от забоя до устья скважин осуществляется периодически наращиваемым шнековым ставом. Применяются бурошнековые установки без последующего разбуривания скважин,а также с разбуриванием их при извлечении шнекового става.

Основные достоинства - возможность разработки весьма тонких пластов с неустойчивой кровлей и высокая производительность. При мощности пластов менее 0,8м бурошнековая выемка более эффективная, чем обычная технология. Недостатки - низкая нагрузка на забой (не более 120-140т/сутки) и большие потери угля.

Область применения бурошнековой выемки очень обширна. Только в Донбассе в весьма тонких пластах сосредоточено до 50% всех запасов, в Львовско-Волынском бассейне, где впервые был испытан этот способ - около 700 млн.т. Кроме того, бурошнековая выемка может применяться при извлечении целиков, где неэффективны другие способы выемки. Численность бригады, обслуживающей установку 3-4 человека, производительность машины до 1,3 т/мин.

На крутых пластах где возможен самотек угля, могут применяться угольные (канатные) пилы. При возвратно-поступательном движении каната с надетыми на него резцами в пласте образуется щель шириной до 90мм. Ослабленный уголь под воздействием горного давления и собственной тяжести разрушается и скатывается вниз, где грузится в вагонетки или на конвейер.

Забой не крепится.

Область применения пил - мощность от 0,3 до 6-8м, угол падения 40-90гр. Боковые породы средней устойчивости и выше при слабой связи угля с породами. В качестве экспериментальной выемки применяется разработка пологих и наклонных пластов комбайнами фронтального действия с дистанционным управлением. Например, комплекс «Тентек» при прямом движении вынимает в пласте камеру шириной до 1,2м. Отбитый уголь при помощи телескопического конвейера, прикрепленного к комбайну, выдается на откаточный штрек. При обратном движении комбайна камера расширяется до 2,4м. Между камерами оставляются целики шириной, обеспечивающей временную устойчивость кровли. Основные недостатки - сложность обеспечения параллельности осей камер и связанные с этим большие потери угля. При взрывном способе безлюдной выемки из подэтажных штреков расстояние между которыми 6-10 м веером бурятся скважины и отбитый взрывом уголь скатывается вниз. Для предотвращения смешивания угля с обрушающимися породами может применяться гибкое металлическое перекрытие.

Кроме этого способа могут применяться скрепероструги, безнапорные тараноструги и тому подобные установки.

17. ОСОБЫЕ СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

К ним обычно относят методы разработки, при которых меняется агрегатное состояние вещества - твердые полезные ископаемые превращаются в жидкие или газообразные, жидкие замораживаются, газы сжижаются и т.д. Сюда же относится разработка полезных ископаемых на морском дне и извлечение их из морской воды. Кроме того, к особым или специальным способом относят разработку пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа и разработку сближенных пластов. Способы изменения агрегатного состояния включают: подземную газификацию углей, подземное выщелачивание руд, растворение, расплавление и растворение полезных ископаемых, биотехнологические методы.

Подземная газификация углей - способ разработки угольных месторождений, основанный на физико-химическом превращении угля в горючие газы с помощью связанного или свободного кислорода. Идея принадлежит Д.И. Менделееву (1585г.) эту же идею выдвинул в 1912 году англичанин У.Рамзай. В 1926 году под руководством Б.И.Бокия разработан метод шахтной газификации, в 1943 г.-бесшахтный или скважинный метод.

Бесшахтный состоит в бурении с поверхности вертикальных и наклонных скважин для воздушного или паровоздушного-кислородного дутья и отвода образующегося газа, создание между скважинами каналов, в которых уголь взаимодействует с дутьем. Трубопроводы для подачи дутья, транспортировки газа, установки для производства дутья располагаются на поверхности. Основные достоинства подземной газификации углей- небольшой объем подземных работ, отсутствие необходимости у потребителя в подготовке топлива, сохранность поверхности, возможность разработки низкосортного угля, чистота воздушного бассейна, более низкая себестоимость, возможность использования теплоты газа, нагретого до 500 градусов, простота транспортировки газа. Недостатки - невысокая теплота сгорания газа, ненадежность работы подземного генератора. Минимальная мощность пласта, ниже которой подземная газификация становится непригодной - 1,5-2,0м. В странах СНГ работают станции «Подземгаз» в Средней Азии (Ангрен), и в Кузбассе (Южно-Абинская станция на каменных углях). Ежегодно производится более 1,5млрд.м3 газа.

Наряду с подземной газификацией применяется также подземная перегонка. Совокупность процессов при подземной перегонке аналогична подземной газификации за исключением реакции окисления.

Подземная перегонка требует больших энергозатрат, так как реакция с выделением тепла не происходит. Основные продукты подземной перегонки сланцев - высококалорийный горючий газ, жидкое топливо («сланцевая нефть»), смолы, масла и др. Преимущества по сравнению с газификацией - высокое качество получаемых жидких и газообразных продуктов. Недостатки - высокая энергоемкость и большой объем подготовительных работ по увеличению проницаемости массива.

Подземное выщелачивание руд - способ разработки рудных месторождений с избирательным переводом полезного компонента в недрах в жидкую форму с последующей переработкой металлосодержащих растворов. Впервые было применено в США в 1919 году для разработки медных месторождений, в России - на урановых рудниках в 1939 году. В настоящее время значительная часть урана и меди добывается этим способом. Подземное выщелачивание позволяет полнее использовать недра за счет вовлечения в производство бедных руд, добыча и переработка которых традиционными способами нерентабельна. При подземном выщелачивании металл извлекается из руды путем ионного обмена в процессе управляемого движения реагента через массив с естественной проницаемостью (иногда руду предварительно разрушают). Существуют шахтные, скважинные и комбинированные способы подземного выщелачивания.

Для месторождений, залегающих в сложных горнотехнических условиях, скважинные методы являются пока единственно возможным способом рентабельной разработки. Достоинство их в том, что полностью исключается путствие людей под землей. В настоящее время ведутся экспериментальные работы для внедрения скважинных методов разработки на месторождениях золота, марганца, железа и др.

Шахтные методы применяются при разработке глубокозалегающих месторождений, представленных практически водонепроницаемыми породами. При этом в разработку вовлекаются большие запасы забалансовых руд, разработка которых традиционными методами нерентабельна. При этих методах исключаются массовые сдвижения пород или оседание поверхности над зонами разработки.

Комбинированные методы все чаще применяют на месторождениях руд радиоактивных и цветных металлов. Эти способы позволяют полнее использовать недра и снизить себестоимость продукции.

Близко к выщелачиванию химическое растворение - первичная гидрохимическая или органохимическая переработка минерального сырья и органического полезного ископаемого, при которой происходит химическое взаимодействие растворителей с компонентами полезного ископаемого и образуются растворимые соединения, переходящие в водный раствор. Предложено Д.И. Менделеевым. Применяется в качестве вспомогательного процесса при подземном растворении в России, США, Мексике и других странах для разработки месторождений на больших (до 2000м) глубинах, при высоком содержании галита в солях, а также при наличии примесных нерастворимых соединений. От выщелачивания отличается тем, что при последнем взаимодействие с растворимым веществом происходит на границе твердой и жидкой фаз, а при химическом растворении - растворение металла в массе породы.

Биотехнологические методы (бактериальное выщелачивание) - извлечение химических элементов из руд, концентратов и горных пород с помощью бактерий или их метаболитов. Обычно производится путем выщелачивания горных пород слабыми растворами серной кислоты бактериального происхождения, а также растворами, содержащими органические кислоты, белки, пектиды и т.д..

Известно с 16 века. В 1947 году в США выделены из рудных вод бактерии, а в 1958 году запатентован метод выщелачивания меди при помощи их. Эти бактерии очищают все сульфатные минералы, серу, железо, медь и т.д.. скорости очищения сульфатных минералов в путствии бактерий возрастает в сравнении с обычным выщелачиванием возрастает в сотни и тысячи раз. Себестоимость 1 тонны меди, например, полученной данным способом в 1,5 - 2 раза ниже, чем при обычных методах разработки.

Бактериальное выщелачивание может применяться как в подземных условиях (в рудных телах), так и на поверхности для переработки бедных руд (в отвалах), хвостов обогащения. Имеет большое экономическое значение - расширяются сырьевые ресурсы за счет бедных и потерянных в недрах руд, обеспечивается комплексное и более полное использование минерального сырья, повышается культура производства, не нужны сложные горнодобывающие комплексы, благоприятно для окружающей среды.

Бактериальное выщелачивание в промышленных масштабах для извлечения меди ведется в США, России, Перу, Испании, Мексике, Австралии и других странах. В США, ЮАР, Канаде бактериальным выщелачиванием добывается уран.

Подземное растворение - способ добычи природного минерального сырья (поваренная, калийная и др.соли) через скважины путем перевода в водный раствор одного или нескольких компонентов в недрах. Наряду с добычей при подземном растворении осуществляется обогащение, очистка (поваренные соли), избирательное извлечение (калийные соли).

Горные предприятия, осуществляющие добычу полезных ископаемых способом подземного растворения, располагаются обычно группами.

Получило широкое распространение в мировой практике. К концу 20 века, основная часть добычи каменной соли для содовой, хлорной, пищевой и других отраслей осуществляется этим способом в связи с простотой организации добычи и высокими технико-экономическими показателями (производительность труда в 4 раза выше, а себестоимость в 7 раз ниже, по сравнению с шахтным способом).

Подземная выплавка - скважинный метод добычи полезных ископаемых, как правило, с низкой температурой плавления, путем перевода их в жидкое состояние на месте залегания посредством теплоносителя. Впервые применена в США в 1880 году для разработки самородной серы, имеющей температуру плавления 112-1200. подземная выплавка может применяться при разработке фосфора, битумов, высоковязкой нефти и др.

Разработка морских месторождений. В морской воде растворены все элементы таблицы Менделеева. Почти весь йод, бром, около 30% всех солей, множество других полезных ископаемых добывается именно из нее. При повышенном содержании тех или иных компонентов они выпадают из воды и образуют конкреции - минеральные стяжения гидроксидов (железа, марганца и др.элементов) на дне озер, морей, океанов. По мнению специалистов, около 10% дна мирового океана покрыто железно-марганцевыми конкрециями, плотность которых доходит до 50-70 кг/м2. Средний размер конкреций составляет 3-5 см (обычно шарообразной формы), но встречаются и более 1 м в поперечнике.

На шельфе морского дна - прибрежной полосе сравнительно небольшой глубине (не более 500-600 м) находятся огромные месторождения полезных ископаемых в десятки раз превышающие по своим запасам поверхностные. Многие из них уже освоены и ведется промышленная их разработка. Около 40 стран ведут добычу нефти и газа на шельфе, еще около 40 ведут геологоразведочные работы. В мировом океане добывается около 30% общего объема нефти и около 15% газа. К 2020 году объем добывающей нефти предполагается довести до 50%. У берегов США, Канады, Австралии, Японии, Великобритании, Чили и других стран работает около 60 морских шахт по добыче угля, серы, руд железа, меди, олова, ртути и т.п.. В Японии морская добыча угля составляет 40%, в Великобритании 10%. Из морских россыпей добывается платина, касситерит, циркон (100%), ильменит (80%). Бразилия поставляет на мировой рынок более 50% добываемого в океане монацита. В Намибии в прибрежной зоне добывают алмазы. Общая добыча алмазов со дна моря достигает 20% валовой стоимости (50%).

Со дна моря добывают строительные материалы - пески, гравий, ракушечник, керамзит. США ежегодно добывают до 500 млн. т.

В прибрежном шельфе огромные запасы фосфоритов - на суше всего лишь 7 стран имеют месторождения фосфоритов.

Основные преимущества морской разработки - сравнительная простота добычи, конкреции, как правило, отсортированы по крупности, за счет придонных течений, высокое процентное содержание полезного компонента, возможность восстановления месторождений. Так, в Шри-Ланке, отработанные месторождения рутила вновь начинают разрабатывать после нескольких сильных штормов.

Гидромеханизация - способ механизации горных работ, при котором вся или основная часть процессов производится энергией потока воды.

Известна более 2 тыс. лет. В России впервые применена в 1830 году на Урале. Для подземной добычи применяется с 1938 года (Урал, Кузбасс, Донбасс). В 1975 году создан трест «Гидроуголь» (7 гидрошахт, 3 обогатительные фабрики). В подземных условиях выемка полезного ископаемого производится: отбойкой струей воды из гидромонитора механическим исполнительным органом с последующим использованием струи воды для доставки (механогидравлический способ) струей воды под давлением в сочетании с механическим разрушением (гидромеханический способ). Гидромонитор - устройство для создания водяных струй и управления ими. Преимущества гидродобычи - поточность технологических процессов, небольшой вес и простота оборудования, высокая производительность. Недостатки - зависимость эффективности от крепости пород, высокая энергоемкость, расход воды составляет 3-5м3/т. Область применения - мощность пластов 0,9-20,0м., угол падения - 5-800, крепость угля - любая, газообильность пластов - любая.

18. ГОРНЫЕ РАБОТЫ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Существуют два вида элементов биосферы - элементы, которые по своей природе склонны к самоочищению, самовосстановлению и развитию (воздушная и водная среды, флора, фауна) и элементы биосферы, не обладающие способностью к воспроизводству (ландшафт, недра).

В процессе добычи полезных ископаемых происходит существенное загрязнение природной среды. Из каждой тонны добытого полезного ископаемого только 2% превращается в полезную продукцию, а 98% идет в отходы (твердые, жидкие, пылегазовые). По объему выбросов загрязняющих веществ по степени влияния их на природную среду горнодобывающая промышленность стоит на 4 месте после химической, металлургической промышленности и сельского хозяйства. Рассмотрим воздействие горных работ на различные элементы биосферы. Воздух . При подземной разработке полезных ископаемых происходит загрязнение воздуха пылью, ядовитыми газами, углекислым газом, метаном, сернистым газом. При открытой разработке - окислами углерода, двуокисью азота, пылью. В мире ежегодно отбивается более 10 млрд.м3 горной массы с применением ВВ. При массовых взрывах пылегазовое облако объемом 15-20 млн.м3, поднимается на 1,5-2 км и уносит с собой до 95-99% образовавшейся пыли, причем факел выноса доходит до нескольких сотен километров. Внутрикарьерные дороги дают 80-90% общего пылевого баланса.

При подземном способе добычи угля сопровождается выделением свыше 39 млрд.м3 метана и 20 млрд.м3 углекислого газа. При транспортировании угля в вагонах ветром из них выдувается до 10% загруженного угля (до 90т пыли на 1 км железнодорожного полотна в год).

Увеличение концентрации СО2 в атмосфере ведет к так называемому «парниковому» эффекту. За счет потепления климата Земли, таяние ледниковых масс Арктики и Антарктиды происходит подъем уровня Мирового океана на 0,5 см/год. Повышение содержания серы в воздухе приводит к кислотным дождям, которые уже стали привычными. Годовые выбросы пыли в атмосферу оцениваются в 85-90 млн.т., сернистого газа - свыше 220 млн.т. окислов азота - 25-30млн.т.

Вода. При добыче полезных ископаемых происходит сброс шахтных и карьерных вод, содержащих химические, механические и биологические примеси. Ежегодно, в странах СНГ, при производстве горных работ откачивается около 4 км3 подземных вод, из их объема вод с минерализацией более 1000 мг/литр составляет 48%, а с содержанием сульфатов более 3000 мг/литр - 27% общего объема сбрасываемых вод (при норме для питьевой воды - 50 мг/литр). Сбрасываемые воды содержат около миллиона тонн твердых механических примесей.

Человечеством ежегодно используется свыше 3800 км3 воды: в сельском хозяйстве -2450, в промышленности - 1100, на коммунально-бытовые нужды - 250км3. В Мировой океан каждый год попадает 5-10 млн. тонн нефти, 10 млн. тонн химических удобрений, 6 млн. тонн фосфатных соединений, 1000 млн. тонн твердых отходов, 6,5 млн. тонн пластмасс. Нефтяная пленка покрывает до 3% поверхности Северной Атлантики, что в значительной мере препятствует молекулярному обмену между водной и воздушной средой, очищению воды и воздуха, насыщения атмосферы кислородом.

Во многих регионах уже возник дефицит пресной воды (ее на планете всего 3-5 % от общих водных запасов). В промышленных масштабах применяется опреснение морской воды для промышленных и бытовых нужд, некоторые страны используют для этих целей айсберги.

Растительный и животный мир. Шахтные воды, как правило, щелочные или кислотные, непригодны для использования в сельском хозяйстве или для технических нужд. Отравляя водоемы и загрязняя землю, отходы горного производства вызывают изменение биомассы, что влияет на миграцию животных и птиц. Породные отвалы загрязняют биосферу, занимая десятки тысяч гектаров пахотной земли токсичными веществами, уничтожая и видоизменяя растительность. Под породные отвалы на каждые 1000 тонн сырья отводится 0,1 га земли. При геофизических методах разведки (сейсморазведке) упругие волны, проходя через водоемы, губят все живое в нем. Засорение поверхности воды не дает развиваться планктону, следовательно губит рыбу. Высшие животные и люди дышат загрязненным воздухом, пьют загрязненную воду. В среднем, на каждую тонну добытого полезного ископаемого, горнодобывающие отрасли потребляют (и загрязняют) около 10 м3 воды. При ведении горных работ производится осушение месторождения, что приводит к понижению уровня грунтовых вод, высыханию лесов, поставляющих значительную часть атмосферного кислорода. Особенно неблагоприятные последствия в биосфере возникают при разработке полезных ископаемых в зоне вечной мерзлоты, занимающей на планете 22% суши.

Ландшафт и недра. По оценке ООН численность людей на земле растет, причем большая половина из них живет в городах. Крупные города требуют огромных подземных сооружений при строительстве которых должно производиться осушение участков, что приводит к понижению уровня подземных вод. В результате интенсивных откачек воды и водопонижения происходит оседание земной поверхности. Например, Мехико к концу 80-х годов опустился по сравнению с первоначальным уровнем на 9м, Токио - на 4,5 метра.

Огромные карьеры глубиной в несколько сотен метров и диаметром в несколько километров нарушает природный баланс земных пород.

В настоящее время объемы горной массы, перемещаемых человеком уже превзошли природные перемещения (вулканическая деятельность , увеличилось количество твердых отходов на единицу массы готовой продукции оползни, землетрясение ). По данным ЮНЕСКО к 2010 году добыча полезных ископаемых достигнет 30млрд. тонн. К этому времени будет нарушено еще 24 млн.га земли, в два раза, Потребление воды возросло до 6000 .куб.км

Однако горные работы оказывают и положительное воздействие на окружающую среду, благоприятно влияют на экосферу. Так отработанные карьеры и разрезы заполняются во сферу. Так отработанные карьеры и разрезы заполняются водой, что создает микроклимат в отдельных регионах, в отработанных соляных шахтах устраиваются санатории для лечения дыхательных путей, возможно устройство подземных теплиц, парников хранилищ. Тем не менее, вредное воздействие во много раз больше. Может исполниться мрачное предсказание одного из крупнейших современных биологов - « Или люди сделают так, что на земле будет меньше дыма, или дым сделает так что на Земле будет меньше людей».

Литература

1. Справочник. Открытые горные работы/ К.Н. Трубецкой, М. Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Н. Мельников и др. - М.: Горное бюро, 2004. 590 с.

2. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ. М., «Недра», 2008. 293 с.

3. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. Учебник. Изд. 2, перераб. и доп. М.: «Недра», 2005. 574 с.

4. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: «Недра», 2008. 541

Размещено на Allbest.ru