2.1 Дәрістік сабақтар тақырыбының атаулары және олардың мазмұны.

1 Дәріс. Тау-кен саласындағьі негізгі ұғымдар мен түсініктер.

1.1 Пайдалы қазбалар мен кенорындары

Жерасты өндірілетін адамзат қажеттілігіне жарамды минералдар мен тау-кен жыныстарын пайдалы қазбалар дейді. Оларды жерүстіне шығару үшін жүргізілетін көлемді өндіріс үдірістерін пайдалы қазбаны алу деп атайды. Пайдалы қазбаньщ жерасты шоғырланған түрін кенорны дейді. Пайдалы қазбаны қоршап жатқан, сол сияқты, оның құрамына кіретін тау-кен жыныстарын бос жыныстар деп атайды. Пайдалы қазба дегеніміз салыстырмалы түсінік. Тау-кен жыныстары бірде пайдалы қазба ретінде өндірілсе, ал кейде бос жыныстар қатарына жатады. Мысалы, арнайы қорлардан алынатын әктас шойын корытқанда флюс ретінде қолданылса, ал шақты астында қазбалар жүргізген кезде бос жыныстар қатарына жатады.

Пайдалы қазбалар қатты, сұйық, газ түрінде кездеседі. Қаттыларына - көмір, металл кендері, тұздар, құрылыс материалдары және тағы басқалар, сұйық түріне - мұнай, тұз қосындылары, минералды сулар, ал газдылдыларына - табиғи жанғыш және инерттік газдар жатады.

Өндірісте қолдану аясына байланысты пайдалы қазбаларды бірнеше жүйеге бөледі:

- металдар және металл кендері (темір, марганец, ванадий, хром, алтын, қорғасын, мырыш, алюминий, қалайы, мыс, никель, вольфрам, молибден, кобальт, титан, бериллий, ниобий, сурьма,висмут, сынап);

• отын (көмір, жанартастар, мұнай, жанғыш саздар және тағы басқа). Бұл көрсетілген қазбалар қазіргі кезде тек отын ретінде ғана емес, сонымен қатар шикізат ретінде де химия өндірісінде қолданылады;

• кенді қазбаларға жатпайтындары - тұздар (ас тұзы, калий тұзы, магний түзы); түрпілі материалдар (жонатын, ыспалайтын, өңдейтін, сол сияқты жылтыр тастар - корунд, қайрақ, пемза, шақпақтас, алмас, гранат); керамика мен шыны материалдары (асбест, отқа төзімді саздар, кварц, дала шпаты, слюда, тальк); құрылыс материалдары (асфальт, гипс, тақтатас, әктас, саз, құм,қиыршық тас, мрамор, цемент); өндіріс материалдары (барит, графит,магнезит, мел, күкірт, бояу минералдары, баспа тастары); минералды тыңайткыштар (апатит, фосфорит, калий тұздары); түсті қымбаттастар (алмаз, аквамарин, гранат, опал, бирюза, янтарь, малахит, яшма); техникалық тастар (шпат, агат, хрусталь); табиғи газдар (отгегі, азот, аргон, гелий, метан); радиоактивтік және сирек әлементгер (радий, уран, литий, рубидий) қосындылары. Көрсетілген жүйелер келісімді түсініктер ретінде берілген, өйткені кейбір минералдар мен жыныстар бірнеше топтарға жатуы мүмкін. Мысалы, алмаз бір жағынан түрпілі, екінші жағынан құнды материалдарға, ал хлорлы калий бір жағынан тұздар тобына, екінші жағынан тыңайтқыштарға жатады.

Қазып алуға жарамды кенорындарын сенімді кенорындары деп атайды. Кенорындарының сенімділігін анықгайтын көрсеткіштер екі топқа бөлінеді. Біріншісіне - көлемі мен сапасы және кенорнының жатыс жағдайы, ал екіншісіне - әкономикаға қажетгілігі жатады. Бірінші топқа жатқызылатын көрсеткіштер:

а) кенорындарында қажетті кен тақталары мен сілемдерінің, ал қаржы жағынан есептегенде қазып алуға жеткілікті куаты, физикалық-химиялық қасиетгеріне байланысты тиімділігі болуы;

б) пайдалы қазбалар қорының қазып алуға жеткіліктігі;

в) геологиялық тұрғыдан алғанда қазбалардың дұрыс жатуы. Мысалы, күшті өзгеріске ұшыраған кенорындарын қазып алу үлкен қиындыққа әкеп соғады. Кейбір кенорьшдарында өте күшті бұзылыстарға қарамастан көлемі бойынша қазып алуға ыңғайлы бөліктер кездеседі;

г) кенорындарының тереңдігі өскен сайын технологиялық процестерге әсер туғызатын көп қиындықгар пайда болады. Өйткені, тереңдікке тәуелді тау-кен жыңыстарының температурасы өседі. Газды кемір ошақтарының терең қабатгарында шақтыларға газ шығуы артып, кейде оның қарқынды және тосыннан көмірмен бірге атылып шығуы орын алады. Көп жағдайда тау-кен қысымы күшейіп, пайдалы қазбаны, бос жыныстарды сыртқа шығару, жерасты үңгілерін желдету және тағы басқа жұмыстарды атқаруға айтарлықтай әсер етеді;

д) жағымсыз табиғат себептері. Бұларға кенорындарының газдылығы, сулылығы және пайдалы қазбаны қоршаған жыныстардың тұрақсыздығы жатады. Бұл себептердің әр қайсысы өз алдына тау-кен жұмыстарына елеулі әсерін тигізеді. Оның барлығы осы кітабтың әр тарауларында әріқарай керсетіле береді.

Кенорындарын қазып алудың әкономикаға қажетгілігі екінші топтың көрсеткіштеріне байланысты:

а) мемлекетке осы пайдалы қазбаны, осы кенорнын алудың керектігі;

б) кенорнының географиялық тұрғыдан орналасу жағдайы;

в) қарым-қатынас жолдарының болуы немесе олардың салынуы;

г) жұмысшы, азықтүлік, әнергия куаты, материалдар мен жабдықтардың болуы, сол сияқты олардьщ жеткізілу мүмкіншілігі.

1.2 Көмір ошақтары мен кенорьшдарының таугеологиялық сипатгамалары және ерекшеліктері

Кенорындарының пішіндері

Жерасты алынатын көмір тақталанып жатады. Көмір тақтасы дегеніміз жер қойнауында біраз жерді алып жатқан, екі жағынан параллелді беттермен шектелетін таскөмір сілемі. Көмір тақталарына жерасты тектоникалық құбылыстар әсер етпесе бір қалыпта жатар еді, ал енді сол құбылыстарға байланысты көмір тақтасының пішіні, жатыс әлементтері өзгеруі мүмкін болды (1.1-сурет).

Сурет -1.1 Москва маңындағы көмір ошағы (Ресей) тақталарының жатыс жағдайы

Тақтаның қалыңдығы (қуаты). Ашып-қазу жүйесін таңдауда көмір тақтасының қалыңдығы көп әсер етеді. Өйткені, көмірді ашып-алу әдістері, тақталарды дайындау тәсілі, қазу жұмыстарына байланысты бүйір жыныстарының опырылысы, бос кеңістікте толтырымды пайдалану қажеттілігі және тағы басқа процестер көмір тактасының қалыңдығына тікелей байланысты.

Көмір тақталары қалыңдығына қарай келесідей төрт топқа бөлінеді:

1. өте жұқа - 0,7 метрге дейін;

2. жұқа - 0,7 ден 1,2 метрге дейін;

3. орташа қалыңдықты - 1,2 ден 3,5 метрге дейін;

4. қалың - 3,5 метрден жоғары.

Негізгі қасиеттеріне байланысты алуға жарамды көмір тақталарын жұмысты көмір тақталары, ал алуға жарамайтындарын қабыршақтар дейді.

Тақтаның құлау бұрышы. Құлау бұрышына байланысты көмір тақталары жазьқ (0 - 18°), көлбеу (19 - 35°), құлама (36 - 55°) және тік құлама (56 - 90°) болып бөлінеді.

Тақталарды ашып-қазу жүйелері көмір тақталарының құлау бұрыштарына да сәйкес талдалынуы керек. Мысалы, көмір тақталары көлбеу жатса, онда, құлатылған көмір мен жыныс орнында қалады, ал тік жатқан жағдайда, олар, төмен қарай өз салмағымен сырғиды. Сондықтан көлбеу жатқан тақталардағы құлатылған көмірді механикаландырылған құралдармен тасу керек, ал тік жатқан кезде ол өз салмағымен тасылады. Осыған байланысты қазу жүйесі және оның құрамы да әр түрлі болады. Көмір тақталарының жатыс бұрыштары күрт өзгерсе, оларды қазып алу қиынға түседі.

Тақта құрамдары. Көмір тақталары арасында қабатшалары кездесуіне байланысты күрдепі, ал оларсыз таза болып бөлінеді (1.2-сурет).

Көмірдің сапалық сипаттамасы. Қазбалы көмір тас көмір және қоңыр көмір болып екі топқа бөлінеді. Ол көмірдің жылыту қуатына байланысты. Егер жылыту қуаты 5700 калорий/килограммнан артық болса, онда ол тас көмірге, ал аз болса қоңыр көмірге жатады. Көмір органикалық және минералдың құрамнан тұрады. Органикалық заттар күрделі көбінесе сутегі, көміртегі, азот, күкірт, оттегі қосындыларынан тұрады (1.1-кесте).

Сурет-1.2- Көмір тақталарының түрлері: а - таза, б - күрделі

Көмірдің органикалық қосындылары Кесте-1.1

Қосындылар	Көмірдің өндірістік маркалары
	Ұ ұзынжалынды	Г газды	К коксті	А антрацит
Көміртегі	76-86	78-89	87-92	89-96
Сутегі	5-6	4,5-5.5	4-5,2	1,2-2,7
Оттегі	10-17,5	6,8- 16	3-8	0,1 -2,3
Азот	1,8	1,7	1,5	0,1 -1,3

Қоңыр көмірдің қосындылары: көміртегі 67,4 - 75,7 %, сутегі 4,0 - 5,9 %, оттегі 19,6 - 29,1%, азот 0,2 - 1,1% шамасында. Тас көмір қыза келе бөлінетін заттарға және күйежентектігіне байланысты он технологиялық маркадан тұрады: ұзын жалынды Ұ, газды Г, семіз газды СГ, семіз С, коксты семіз КС, коксты К, коксты екінші К₂, арық күйежентекті АК, нашар күйежентекті НК, арық А. Кокс алу үшін жарайтын көмір маркасы К, одан басқа семіз С және арық күйежентектілер АК. Қазіргі кезде келтірілген көмір маркаларының үлесі аз болғандықтан Г, Ұ, НК, А маркалары да кең қолданылады.

Көмірдің қаттылығы. Көмірдің қаттылығы, кен қазатын машиналардың жұмысына, кеннің кесектеліп уатылуына және тасыған кезде ұсақталуына әсер етеді. Көмірді қаттылығы бойынша төрт топқа бөледі:

1. Кливажы (жарықшақтығы) жоқ қатты антрациттер және кливажы, жарықшағы жоқ, колчедан қосындысы бар қатты көмірлер.

2. кливажы нашар антраиттер және кливажы жарықшақтары қосындылары жоқ орташа қатты көмірлер.

3. Кливажы анық көрінетін антрацит және жұмсак көмірлер.

4. Кливажы өте анық көрінетін жұмсақ көмір.

Көмірдің қаттылығына байланысты казу жүйесі таңдалады, өндіріс үдірістерінің қолайлысы және тағыда басқа мәселелер қарастырылады.

Көмір кливажы (жарықшақтығы). Кливаж деп тау-кен жыныстарының бір, не бірнеше бағытта жалпы жыныстар сілемінен бөліну қасиетін айтады. Кливаж жыныстардың, геологиялық құбылыстарға байланысты жарықшақтыққа ұшыраған жерінде пайда болады. Кеншілер кен қазу жұмыстарында кливаж бағытын ұтымды пайдалануга тырысқан. Мысалы, шой балғамен көмірді кливаж бағытында құлатудың арқасында жұмыс өнімділігін арттырған. Қазіргі кезде көмірді механикаландырып алатындықтан кливаж бағыты айтарлықтай әсер көрсетпейді.

Бүйір жыныстарының қасиеттері. Көмір тақталарын қоршаған тау-кен жыныстары құмнан, ұсақ малта тастардан және тағы басқалардан тұрады. Бұлар өсімдік пен минерал қалдықтары арқылы шоғырланған кенорындарында кездеседі. Осындай шоғырынды заттар уақыт өткен сайын жерасты геологиялық үдірістеріне байланысты, біраз өзгерістерге (диагенезге) ұшырайды, ақыры олар тас жыныстарына айналады. Көптеген көмір ошақтарына тән тау-кен жыныстары қатарында құмтас, лайлы жанартас, құмды жанартас, ізбестас бар. Бұлардың ішіндегі ең қаттылары құмтас пен ізбестас. Қазу жүйелерін, көмірді алу жұмыстарын жыныстардың қасиеттеріне байланысты таңдайды. Мысалы, тау-кен жыныстарының тұрақтылығы, жарықшақтығы, кливажі және жарықшақ бағыттары, жыныстардың кесектеліп немесе тосыннан құлауы мен майысуы - пайдалы кенді алуда, қазу жүйесін таңдағанда аса жауапты каралуы керек.

Егер көмір тақталарының төбесінде қалыңдығы аз, тез құлағыш жыныстар орналасса, онда оларды, жалған төбе дейді. Жалған төбе көбінесе көмірден, не болмаса лайлы жанартастан тұрады. Бұл төбеден жоғары орналасқан қатты жыныстарды нақты төбе дейді. Кейде нақты төбе тікелей және негізгі төбе больш екіге бөлінеді. Тікелей төбе деп, қалыңдығы аса көп емес, төбе жыныстарын құлатқанда бірінші құлайтын жыныстарды айтады, ал негізгі төбе тікелей төбеден кейін құлайды. Негізгі төбе құмтастан, тікелей төбе тығыздалған балшық тастан, ал жалған төбе көмірден, не саз тастан тұрады.

Жыныстар орналасу қалпына қарай - тұрақты, орташа түрақты, нашар түрақты, тұрақсыз болып аталады.

Төбе жыныстары құлампаздық қасиетіне байланысты бес топқа бөлінеді: 1 - жеңіл (тез) құлайтын; 2 - орташа құлайтын; 3 - ауыр (ңиын) құлайтын; 4 - өте қиын құлайтын; 5 - жай иіліп отыратын.

Қазу тереңдігі. Шақты тереңдеген сайын тау-кен жыныстарының қысымы, қызуы, су мен газдың шығуы езгереді.

Тау-кен жыныстары жанжақты қысым жағдайында болады. Жыныстардың қызуы терендікке байланысты, олар, орта есеппен әр 33 м сайынғы тереңдікте 1 градуска өсіп тұрады. Жыныстардың тереңдікке байланысты кызуының өзгеруі келесідей: 20 м - 15,1 , 700 м-29,8°, 1200 м-44,1.

Кенорнының газдылығы.

Әрбір қазу жүйесін жобалағанда жерасты жүргізілетін дайындау және тазартпа үңгілеріне жеткілікті көлемде ауа беру жағдайы қамтамасыз етілуі керек. Кен алу кезінде таза ауаға араласатын газдардың ішінде көп кездесетіні - көмір қышқыл газы, көміртегі, күкіртті сутегі және жарылыс жұмыстары жүргізілгенде шығатын газдар. Шақтыдағы шығатын газдардың ішіндегі ең қауіптісі метан болып саналады. Шақты ауасына шығатын газдарды үш топқа бөлуге болады: 1- жай шығатын; 2 - жарықшақтар арасынан дыбыстанып суфлярлы шығатын; 3- тосыннан атылып көмірмен бірге шығатындар. Метан шығатын шақтыларды газды шакгылар дейді. Метан газының шығуьша байланысты шақтылар бірнеше категорияға бөлінеді (1.2-кесте).

Газды шақтыларда тұйық үңгілер, олардың ішінде жоғары қарай жургізілетіндер аз болуы керек. Метан, салмағы ауадан екі еседей " жеңіл болғандықтан, жүргізілген үнгінің жоғарғы жағында жиналады. Газды шақтылардағы жарылыстардың дені осындай өрлеме қазбалардан басталады. Өйткені, газдың осындай ошақталып жиналуы қазбаның (уңгінің) дұрыс желдетілмеуіне де байланысты. Сондықтан, метанды шақтыларда желдету жүйесіне баса кеңіл бөлінуі керек.

Метанның аса қауіпті білінісі, оның, көмірмен бірге кенеттен лақтырылысы. Атылып лақтырылған көмірдің салмағы біреше тоннадан бірнеше жүз, не бірнеше мың тоннаға дейін жетуі мүмкін және онымен бірге өте көлемді, кейде аса қауіпті газдар да шығуы мүмкін. Кенеттен лақтырыс күшті дыбыстармен ерекшеленеді. Көмір мен газ лақтырыстарынан соң көмір тақталарында үлкен қуыстар пайда болады (1.3-сурет).

Көмірдің өз бетімен жануы. Көмірдің өз бетімен жануы - ауадағы оттегімен қосылып тотығуы. Көмірдің тез тотығып жануы оның физика – механикалық қасиеттеріне, үстылғыштығына және ауамен қосылуына байланысты өтеді. Егерде көмір тығыз сілем арсында болса, онда ол ауамен араласа алмайды (тотықпайды), сондықтан, өз бетімен жана алмайды. Ал, егерде көмір ұсақ және жарықшақты болса, онда оның ауамен қосылуына кең жол ашылады да көмірдің тотығуы басталып қызуы көбейеді. Қызу өрши келе көмірдің ашық жануына әкеп соғады. Сонымен, көмірдің өз бетімен жануы, оның қабыршақтанып ұсақталуына байланысты болады.

ІІІақтылардың газдылығына байланысты категорияларға бөлінуі

Кесте-1.2

Көрсеткіштері	Газдық категориялары
	I	II	III	Жоғарғы категориялы
Тәулігіне алынатын көмірдің 1т шаққанда шығатын метанның орташа көлемі (салыстырмалы газдылығы), м3/т Тәулігіне алынатын көмірдің 1 т шаққандағы ауаның ең кем жіберілетін көлемі м3/мин	5-ке дейін 1	5-10 1,25	10-15 1,5	15-тен жоғары, не болмаса тосыннан көмірмен, газ атылатын қаупі бар шақтылар*
*жоғары категориялы шақтылардың шығатын ауасында, метан көлемі 0,75% аспауы керек, бірақта тәулігіне алынатын көмірдің 1 т шаққанда жіберілетін ауа келемі орташа есеппен 1,5 м3/мин кем болмауы керек

Сурет 1.3- Көмір мен газдың кенеттен лақтырысыннан кейін пайда болатын куыстар

Кенеттен лақтырылыс сонымен қатар жыныстар арасында да болады (1.4-сурет).

Сурет-1.4- Көмір мен газдың кенеттен атьшысы (лақтырысы)

Осындай жағдайда үлкен қауіп тудыратындар: қазым кеңістікте қалған көмір ұнтақтары мен сығылған кентіректер. Тек көмір ғана өздігінен жанады деуге болмайды, кейде көмір араласқан жыныстардың да жануы мүмкін.Өзінен өзі жанған көмірді сөндіру жолдары осы уақытқа дейін қарастырылуда, барлық өрттерді бір әдіспен сөндіруге болады деп айтуға болмайды. Егерде өрт ошағының көлемі аз және оған тікелей барып сөндіруге мүмкіншілік болса, онда ол тез екпінді сөндіріледі. Керісінше жағдайда өрт ошағын оқшаландыру жұмысы жүргізіледі. Өрт ошағы пайда болған жерлерге ауа өтпейтін далдалар орнатылып бекітіледі. Осындай шара жұқа, орташа қалыңдықтағы көмір тақталарында қолданылады, ал қуаты қалың көмір тақталарында осыған қоса лайландыру жұмыстары да жүргізіледі.

Кенорындарының сулылығы. Кенорындарының сулылығы қазу жүйесіне көп өзгерістер еңгізеді. Сулы жерде еңбек өнімі азаяды, сулы кенжарларда жұмысшылардың денсаулығына қауіп күшейеді. Сумен босаңсыған бүйір жыныстарының опырылып-құлау каупі да туады. Сондықтан, жұмыс жүріп жатқан кенжарларда су деңгейін төмендету жұмыстары жүргізілуі керек. Өте сулы кенорындарында тазартпа жұмыстарының алдын ала су деңгейін азайту (кұрғату) шараларын іске асыру қажет. Жерүсті су қоймаларынан сақтандыру үшін, олардың астында кентіректер калдырылады. Ал, жерасты шығатын сулар бір жерге жиналынады. Оларды жер бетіне шығару үшін арнайы су қойма шұңқырлары жүргізіледі.

Механикаландырудың тау-кен жұмыстарына тигізетін әсері.

Қазіргі таңда казу жүйесінде қолданылып жүрген техниканың жаңа түрлері (комбайндар, шой балғалар, механикаландырылған комплекстер, қырнағыштар, тасымал механизмдер) кен қазу үдірістеріне ұтымды өзгерістер енгізді. Жерасты желдету жүйелері, жарық беру, байланыс жасау механизмдері кеншілер еңбегіне жайлы жағдайлар еңгізіп, жаңа сатыға көтерді.

Қазып алу жүйесін жобалағанда қолданыс механизмдерінің әрі тиімді, әрі қолайлы түрлерін алуға тырысу керек. Механикаландырылған қазу жүйесіне қойылатын қосымша талап, ондағы жұмыс істейтін механизмдер бірімен бірі тығыз байланыста болуы және автоматтандырылуы керек.

Келешекте пайдалы кендерді қазу әдістерінің өзгеруі, онда Қолданылатын машиналар мен механизмдердің жаңа түрлерінің пайда болуы, жерасты үңгілерін өткізу мен жүк тасу жұмыстарының жеңілдетілетіндігі, жалпы кенді қазып-алу жүйесінің жаңа прогрессивті әдістері колданылатындығы кәміл жетерлік іс.

Әдебиет : 1 нег. [16-30]

Бақылау сұрақтары:

1. Пайдалы қазбалар дегеніміз не?

2. Көмір тақтасы дегеніміз не?

3. Тақтаның қалындығына байланысты нешеге бөлінеді?

4. Тақтаның құлау бұрышына байланысты нешеге бөлінеді?

5. Көмірдің сапалық сипаттамасы дегеніміз не?

6. Көмір кливажы дегеніміз не?

7. Кен орнының газдылығы.