Лекція 6 Проведення гірничорозвідувальних виробок

При проведенні виробок застосовуються різні схеми робіт, які зумовлюються властивостями порід, які перетинаються, типом і перерізом виробок, призначенням і терміном служби, ступенем механізації робіт. Велика кількість геологічних організацій стають на шляхи повної комплексної механізації гірничопрохідницьких робіт.

Під комплексною механізацією розуміють такий спосіб проведення гірничих робіт, при якому всі основні й допоміжні операції виробничого процесу механізовані, а технічне обладнання для механізації кожної з операцій за своєю потужністю й продуктивністю відповідає потужності й продуктивності ведучих механізмів.

Механізація виробничих процесів забезпечує безупинне зростання продуктивності праці при одночасному зниженні собівартості, створює сприятливі умови для оздоровлення та полегшення праці робітників, зменшує потребу в робочій силі.

Проведення розвідувальних канав і траншей. Цей технологічний і процес складається з кількох операцій: розпушення гірської породи, і видалення розпушеної породи з виробки й у разі необхідності закріплення виробки.

Розпушення порід здійснюється за різними способами: ручним, механічним, енергією вибуху, кінетичною енергією води тощо. Видалення породи з канав і траншей здійснюється викиданням вручну, або за допомогою підйомних механізмів. Розпушення й видалення породи поєднується при екскаваторних, скреперних та інших роботах.

Кріплення канав і траншей здійснюється при проходці виробок у нестійких породах для запобігання їх обвалу. Якщо стінки канав і траншей закладаються під кутом до горизонту, меншим ніж кут природного відхилу порід, то вони не закріплюються.

При надходженні води застосовують відповідні водовідливні засоби.

Проходження канав і траншей вручну. Вручну канави (траншеї) проходять у породах І-V категорій. Ручна проходка канав, траншей, шурфів без застосування ВР припускається для розвідки нерудних копалин (кварц, п’єзокварц, туф, мармур, польовий шпат тощо), для випробування при розвідці розсипних родовищ, а також для геологічної зйомки.

Якщо довжина канави велика і її проходять без кріплення, для більшої міцності стінок інколи залишають перемички через кожні 5-10 м.

Якщо канава проходить по схилу, то за наявності водоносних порід роботу починають з нижнього пункту та просуваються угору по схилу, забезпечуючи дренаж (осушення вибою).

Стінки канав під час проходки треба підчищати й вирівнювати, зберігаючи заданий ухил і дотримуючись напряму осі канави. Це важливо для створення безпечних умов праці, для якості випробування й геологічної документації.

До глибини 2,5 м порода викидається безпосередньо на поверхню, а на більшій глибині застосовуються допоміжні засоби, наприклад полиця з дощок, що настилається впоперек канави, на яку прохідник викидає породу з вибою. Потім вона перекидається з полиці вгору.

При проходженні глибоких траншей (канав) для підйому породи з них доцільно використовувати підйомні крани з достатнім вильотом стріли.

Проходження розвідувальних канав із прямовисними бортами без кріплення допускається у щільних стійких породах на глибині не більше ніж 2 м. За умов багаторічної мерзлоти в зимовий період дозволяється проходка канав із прямовисними бортами без кріплення до глибини 3 м (без застосування випалів).

Траншеї вручну дозволяється проходити в щільних стійких породах на глибину до 6 м, при висоті кожного уступу не більше ніж 2 м й ширині берми 0,5 м.

Для запобігання осипанню порід у канаву або шурф при проходці на викид необхідно залишати берму завширшки не менше ніж 0,3 м.

Спускання людей у канави глибиною більше ніж 1,5 м дозволяється лише по драбинах і трапах. Інші способи проходки канав і траншей викладено у попередніх лекціях.

Проходження шурфів за звичайних умов. За даними Н.І. Кулічихіна, В.Т. Борисовича, В.І. Плохіх, здебільшого проходять шурфи, які мають площу перерізу 1,25-1,50 м² (понад 80 %), глибину до 10 м (близько 90 %), для порід до IX категорії буримості включно. Шурфи у породах вищих категорій проходять порівняно рідко.

Технологічний процес при проходці розвідувальних шурфів складається з таких операцій: підготовка майданчика для закладки шурфу, яка полягає у видаленні каміння, валунів, розчистці від трави та кущів; розмітка контурів виробки; розпушення (відбійка) породи у вибої шурфу; провітрювання вибою; видача відбитої породи на поверхню; викладка виданої породи у купки з установленням бірок; кріплення шурфу (якщо це необхідно).

Розпушення породи вибухом, у свою чергу, складається з трьох операцій: буріння шпурів, заряджання їх, підривання зарядів у шпурах.

При проходженні шурфів операції кріплення й вентиляції звичайно не залежать від обраного способу проходки шурфу. Шурфи в міцних стійких породах не закріплюються; але при проходці глибоких шурфів їхнє устя закріплюється на глибині 1 м суцільним вінцевим кріпленням. При проходці нестійких порід припускається відставання кріплення від вибою до 1 м (крім окремих випадків проходки – у пливунах, пісках тощо). Кріплення проводиться одразу ж за видаленням породи, що призводить до подовження виробничого циклу. Для його скорочення потрібно вчасно виготовляти деталі кріплення й доставляти їх до місця робіт.

Провітрювання шурфів проводиться до глибини 4-6 м (взимку до 10 м) за рахунок дифузії повітря, на великій глибині – за допомогою ручного відцентрового вентилятора продуктивністю до 15 м³/хв, напором 294 Па.

Водовідлив при незначному водоприпливі (до 0,2 м³/год) здійснюється за допомогою цебрів, при значному – відцентровим і гвинтовим насосами типу 2КМ-6, ПВН-15. Водовідлив не впливає на тривалість виробничого циклу, тому що поєднується з проходкою.

Проходження шурфів вручну «на кайло» із застосуванням буропідривних робіт. Шурфопрохідні роботи виконуються переважно із застосуванням ручного гірничопрохідницького інструменту. Буріння шпурів – одноручне. Підривання зарядів – вогневе. На мілких шурфах працює одна людина, на глибоких звичайно зайнята ланка з трьох осіб – прохідника й двох воротовників. Порода з глибоких шурфів піднімається ручними воротками в цебрах місткістю 0,04 м . До глибини 2,0-2,5 м порода з шурфу викидається лопатою. Мілкі шурфи в основному не закріплюються.

Проходження шурфів за механізованим способом. У такому випадку застосовуються: для буріння шпурів – ручні електросвердла й ручні перфоратори, залежно від міцності порід, що проходяться; для піднімання породи з шурфу – механічний вороток типу КМШ-1, гідравлічний навантажувач типу ГШГ-1, шурфопрохідний кран типу КШ-1, прохідна лебідка типу ЛПГЛ-230 тощо; для комплексної механізації робіт – шурфопрохідний агрегат типу ШПА-2А, комплекс типу КМШ, агрегат типу СГА.

Механічний вороток КМШ-1 призначається для піднімання породи з шурфу перерізом до 2 м² із глибини до 15-20 м.

Шурфопрохідний агрегат ШПА-2А становить комплексну пересувну установку, змонтовану на спеціальному причепі. Силова установка складається з дизеля Д-54 й генератора МСА-73-4А. До агрегату додаються компресор КС-ЗМ, а також засоби водовідливу й вентиляції.

Агрегат призначається для буріння шпурів перфораторами, навантаження й піднімання породи, спускання й піднімання матеріалів та інструментів, а також прохідників у шурфах перерізу 2,2-3,2 м, завглибшки до 30 м.

Розглянемо проходку шурфу за допомогою агрегату. Перфоратором буриться шпур. Після заряджання й підривання виробка провітрюється, для чого використовують вентилятор і тканинний повітропровід. У разі необхідності відкачується вода, для чого за допомогою малої стріли та ручної лебідки в шурф спускається відцентровий насос. Підірвана порода вантажиться грейфером у цебро, яке за допомогою стріли лебідки головного підйому подається на поверхню. Обертанням стріли на 180° порода розвантажується біля шурфу у відвал. Для приведення вибою до робочого стану та подрібнення великих шматків породи слугують відбійні молотки.

Комплекс КМШ складається з підйомного крана КШ-100, електроперфоратора НЕТ1-1-БМ, електросвердла ЕР-15, прохідницьких насосів ПВН-15, ПВН-5, відцентрового вентилятора ВМ, пересувної електростанції типу ПЕС-4. Комплекс розбирається на вузли, що дає змогу перевозити їх різним транспортом, навіть і в’ючним, а також переносити вручну силами 2-3 осіб (до 500 м).

Агрегат СТА. (самохідний шурфопрохідний грейферний агрегат) складається з таких механізмів та обладнання: автомобільного крана ЛАЗ-690, компресора ВП-3, 4/9, грейфера ВЧ-3, перфоратора ПР-30, пневматичного вентилятора ВП-3. Все обладнання змонтоване на базі трелювального трактора.

Механізована проходка шурфів полегшує важку працю прохідників, підвищує швидкість проходки шурфів у 2-3 рази порівняно з ручною, знижує вартість проходки одного метра шурфу не менше ніж у 2 рази.

Проходження шурфів на «випал» і на «промерзання». Проходження виробок відтанням («на випал» ) і промерзанням застосовується при розвідці водозбагачених долинних розсипів у північних районах з мерзлими породами, проходка відтаванням ведеться в мерзлих породах, що перешаровуються, за наявності напірних вод; промерзанням у водоносних породах, при температурі на поверхні -10°С і нижче.

Для прискорення розвідувальних робіт одночасно закладається й проходиться низка шурфів.

Відтавання породи здійснюється за допомогою багаття, розкладеного на вибої виробки (шурфу, канави), в результаті цього порода відтає на глибину 30-50 см; після цього її розпушують і видають на поверхню. При випалі склад робіт такий: спускання дров у шурф (у канаву); укладання випалів і спостереження за належним горінням; очищення виробок від залишків випалу; розпушення й видача на поверхню талої породи; викладання породи в купки, установка бірок на купках.

При проходженні шурфів промерзанням розкритий вибій витримується протягом кількох годин залежно від температури на поверхні. Потім шурфи поглиблюються на глибину промерзання породи або на меншу, після чого процес проморожування продовжується. Щоб запобігти раптовому прориву води, періодично перевіряють глибину промерзання штирем або бурінням шпурів. При проморожуванні склад робіт такий: огляд вибою, визначення товщини промерзлого шару, відбивання й розбивання породи; видача породи на поверхню; викладання породи в купки з установкою бірок.

Для пошарового випробування розсипів шурф проходять інтервалами через кожні 0,2-0,5 м так званими «проходками». Вибрана порода викладається в окремі купки на розчищеному майданчику. Устя шурфу закріплюється репером – «мертвою штангою».

При проходженні шурфів «на випал» і «на промерзання» порода видається на поверхню: для глибини шурфів до 2,5 м – викиданням, для більшої глибини – цебром місткістю 0,04 м³, піднімання цебра здійснюється за допомогою ручного коловорота.

Проходження підземних гірничорозвідувальних виробок. Технологічний процес при проходці горизонтальних виробок складається з таких операцій: буріння, заряджання й підривання шпурів; провітрювання вибою; навантаження відбитої породи у вагонетки; відкатка навантажених вагонеток від вибою до рудникового подвір’я (або устя штольні) та подавання порожняку в вибій; кріплення виробки (у разі потреби); настилання шляху.

Порядок і тривалість цих робіт звичайно регламентується за графіком-циклограмою, що відбиває схему технологічного процесу проходки. В циклограмах навантаження й відкачування поєднуються в одну загальну операцію – прибирання.

Технологічний процес проходки похилих виробок складається з таких самих виробничих операцій, що й горизонтальних, але залежно від способу проходки він полегшується, або, навпаки, ускладнюється. Так, при проходці похилих виробок знизу вгору процес проходки полегшується тим, що порода після підривання шпурів відкидається від вибою по схилу виробки на значну відстань, а при кутах підйому виробок більше ніж 45° вона вся скочується донизу. Завдяки цьому одразу після провітрювання виробки можна починати буріння нового комплекту шпурів для наступного заходу.

Проходження похилих виробок згори донизу, навпаки, ускладнюється тим, що обвалена вибухом гірська маса завалює вибій. Вантаження відбитої породи надзвичайно ускладнене, тому що застосування звичайних транспортних засобів стає неможливим.

Проходження вертикальних виробок, аналогічно похилим, проводиться згори донизу і знизу вгору. Для звичайних способів технологічний процес проходки вертикальних виробок складається з таких операцій: буріння, заряджання й підривання шпурів; провітрювання вибою, прибирання породи (навантажування й піднімання); встановлення тимчасового й постійного кріплення (за необхідності).

Крім звичайних, існують і спеціальні способи проходки вертикальних шахт: цементація, заморожування, штучне пониження рівня підземних вод.

Загальна схема комплексної механізації при проходці горизонтальних і похилених виробок складається з механізації окремих головних операцій прохідницького циклу – буріння, навантаження й відкачування, кріплення й вентиляції.

В разі вертикальних і похилих виробок кріплення та, особливо, вентиляція мало відрізняються для різних схем механізації. При проходці виробок у міцних стійких породах кріплення відстає від вибою на 15-20 м і більше та в основному проводиться одночасно з бурінням і навантаженням породи. При проходці в слабких, малостійких породах, де недопустиме відставання кріплення, воно проводиться після кожного циклу відходу слідом за прибиранням, подовжуючи тривалість циклу. Для полегшення й прискорення процесу деталі рудникового кріплення виготовляються на поверхні й надходять у вибій для встановлення в готовому вигляді.

Вентиляція після кожного підривання шпурів у вибої проводиться за допомогою вентиляторів відокремленого провітрювання та в прохідницькому циклі триває від 15-20 до 30-40 хв. Нарощування вентиляційних труб відокремленого провітрювання поєднується в часі ,з іншими операціями, а на тривалості циклу не позначається.

Вибираючи певну схему механізації проходження виробки, необхідно враховувати: характер укладання виробки (горизонтальна, вертикальна, похилена); розміри поперечного перерізу й довжину виробки; фізико-механічні властивості порід, по яких проходить виробка (міцність, об’ємна вага, шматкуватість, розпушуваність тощо); необхідну швидкість проходження, встановлену за планом розвідувальних робіт.

Проходження канав у мерзлоті (Японія). Оригінальна технологія проходки канав у мерзлоті вбирає операції нарізки на блоки й відокремлення їх від масиву за допомогою БПР (буропідривних робіт) і вантажопідйомної техніки. Після нарізки двох крайніх та однієї середньої поздовжніх і необхідної кількості поперечних щілин в одну з крайніх опускають жорстку штангу, до кінця якої прикріплюють кумулятивний заряд. Підриванням таких зарядів отримують горизонтально розташований у виробці отвір. Послідовно створюється декілька, отворів, розташованих уздовж виробки. В одну з крайніх поздовжніх щілин до рівня отвору на шнурі опускають вантаж, який продувають крізь отвір струменем стисненого повітря з повітряної магістралі. Після проходу через отвір під дією струменя стисненого повітря вантаж потрапляє в протилежну щілину. В цю ж щілину транспортований вантажем через отвір проходить шнур, який витягується на поверхню стрижнем, спорядженим на кінці гаком. За допомогою шнура крізь отвір щілини під відокремлюваний блок породи підводиться стропа. На наборі таких строп, проведених згаданим шляхом через низку отворів, за допомогою вантажопідйомного механізму блок породи відривається від масиву й транспортується з виробки в кузов транспортного засобу або на борт виробки.