1 Пайдалы кен орындары мен оның жекелеген бӨлІктерiн ашу жӘне даярлау
1.1 Табиғи көмір құрылымы және оның қасиеттері
Көмір дегеніміз - өсімдіктерден (немесе қарапайым планктонды жәндіктер мен өсімдіктер қалдықтарынан) жаратылып, минералдармен араласқан қатты жаңғыш жыныстар. Өндірісте, көмір энергетикалық отын немесе технологиялық шикізаттар ретінде пайдаланылады.
Тас көмір көбінесе жер бетіндегі және сулы жердегі өсімдіктердің солып қурап қалған қалдықтарынан, су басқан жерлерде, оттегінен оқшауландырылған жағдайда пайда болған. Көмірдің пайда болу процесі екі фазадан тұрады: бірінші (биохимиялық) фазасында - солған өсімдіктер торфқа, не болмаса жер түстес қоңыр көмірге айналады. Процестер көбінесе көзге көрінбейтін микроорганизмдер әрекетімен тездетіледі. Қызу мен қысым деңгейі тотықтану аймағының жақындығына байланысты болады; екінші (геомеханикалық) фазасында - көмір тығыз қоңыр түрінен антрацитке дейін өзгереді. Осындай өзгерістің негізгі себебі - шөгінділердің жер астына тереңдеген сайын ұзақ уақыт күрт өсетін қысым мен жылу ықпалында болуы. Тас көмір көбінесе жылтыраған және көмескі тілімдерден тұрады. Жылтырауық тілімдер (витринит) - ағаш клеткаларына ұқсас болады, ал көмескілері (аурит) – алғашқыларға ұқсамайды.
Көмірдің техникалық өндеуіне көп әсер ететін факторға - петрографиялық құрылымымен қатар, көмірді ауасыз қыздырғандағы, жеңіл заттардың газ немесе бу болып шығатындық қасиеті жатады.
Көмір, маркасына байланысты, жеңіл заттардың сусыз және күлсіз массасына қарай мынандай түрлерге бөлінеді:
ұзын жалынды көмірде – 40 %;
газды жалынды көмірде – 40÷35 %;
газды көмірде – 35÷28 %;
майлы көмірде – 28÷19 %;
булы көмірде – 19÷14 %;
азғын көмірде – 14÷10 %;
антрацитте – 10 %.
Көмірлену қарқыны ұлғайған сайын жеңіл заттардың құралымы азая бастайды. Сонымен қатар көмірдің сусыз және күлсіз массасына қарай жану кезіндегі жылуы - 31,2 мДж/кг мөлшерден (газды жалынды көмірлерде), 33,6 мДж/кг дейін (антрацитта) өсе бастайды.
Көмірдің әрі қарайғы өзгеріс сатысына оның топтастыруға біріктілуі және коксқа айналуы жатады. Біріктірілмейтін көмірді коксқа айналдырғанда ұнтакқа ұқсас масса пайда болады. Ал жақсы біріктірілетін көмір қатты және өте мықты кокс береді.
Көмірдің химиялық құрамы көміртегі қосындысының көптігінен осы осы уақытқа дейін толық анықталған жоқ.
Көптеген химия-технологиялық процестерге әсер етуші көмірдің өзгеру қасиеті. Бұған тек химиялық құрамы ғана емес сол сияқты оның физикалық қасиеттері де әсер етеді. Жылу арқылы өңдеудегі көмірдің жылыту қасиеттері қатарына - өзідігінен жылынуы, жылу өткізгіштігі және жану кезіндегі жылуы жатады.
Көмірді өңдеу алдында жүргізілетін байыту процесінде бірінші көмірдің механикалық қасиеті – тығыздыққа беріктілігін білу қажет. Тас көмір тығыздығының азаюы оларды өңдеу қарқынының бәсеңдеуіне тікелей байланысты. Тас көмір ішіндегі аса маңызды орынды бас қуыс жүйелері құрайды. Олардың қатарына кеуектілік пен өткізгіштік жатады.
1.2 Тау кен жұмыстары туралы ұғым
Кен жыныстары бiр, немесе, бiрнеше минерал түйiршiктерінен тұратын бiртектi құрамды денелер.
Кен жыныстары негiзгi және үйiндi болып бөлiнедi (1.1-сурет). Бастапқы жаралған жерiнде жатқан жыныстарды негізгі деп атайды. Үйiндiге негiзгi жыныстардың уатылуы, жекелеген бөлшектердiң орнында қалуы нәтижесiнде пайда болатын, борпылдақ заттардан құралған жыныстарды жатқызады. Уатылған жыныстар жерүсті құбылыстары (су, жел, мұз) әсерiмен көшiрiледi. Үйiндi жыныстар қалыңдығы 0 ден 500 метрге дейiн өзгереді.
1.1 - сурет. Көмiр қазындысы геология-лық құрылымының қимасы: 1 - өсiмдiк қабаты; 2 - құм; 3 - лай; 4 - лайлы жанартас; 5 - известняк; 6 - құм-лайлы жанартас; 7- көмiр тақтасы; 8 - құмды жанартас; 9- көмiр қабыршағы; 10- құмтас
Жаратылысы бойынша негiзгi жыныстар ақтарылған магмалық, шөгiндi және метаморфтық болып бөлiнедi.
Экономикалық тиiмдiлiкпен пайдалынылатын табиғи минерал заттарды (көмiр, асыл тастар, ас тұзы, мұнай, газ және т.б) - пайдалы қазындылар (кен) деп атайды.
Пайдалы қазындылар арасында орналасатын жыныстарды бос жыныстар деп атайды.
Жер қойнауы қыртысының кез келген бөлiгiнде табиғи қалыптасқан пайдалы қазбалардың қазып алынуы экономикалық тұрғыдан тиімді болса, онда осындай құрылым пайдалы кен орны деп аталады.
Пайдалы кен орындары дұрыс орналасқан (тақта, линза) және дұрыс орналаспаған (ұя, желi, шток) деп екi топқа бөлiнедi.
Көмiр тақтасы – дегенiмiз, жер астында бiраз жердi алып жатқан, екi жағынан параллельдi беткеймен шектелген пайдалы қазба денесі.
Тақтаның жоғары жағында орналасқан жыныстарды төбесi не жабын бүйiрi, ал тақтаның астында жатқан жыныстарды табаны (жатын бүйiрi), деп атайды.
Пайдалы қазбалар қабаты өзiнiң құрылуына байланысты бiртектi және күрделi болуы мүмкiн (1.2- сурет).
а
б
1.2- сурет. Көмiр тақталарының құрылымы: а) күрделi;
б) бiртектi
Қазып алуға жарамсыз (қалыңдығы 40 см дейiн) өте жұқа көмiр тақтасын жаңқа деп атайды. Жер қыртысы жарығын толтыратын минералды денелердi желi дейді (1.3-сурет). Асыл минералдардың жер астында осылай жатыс түрi өте сирек кездеседi.
а
б в г
1.3- сурет. Пайдалы кен денелерінің жатыс қалыптары: а) желi (1- қарапайым түрi; 2 - күрделi орналасқан түрi); б) шток; в) жаңқа (линза); г) ұя
Желiнің тармақталып бөлшектенуін апофиз дейді.
Қисық формалы, жерасты қуыстарын толтыратын, бiр-бiрiнен өзiнiң құрылымы және аумағымен ерекшеленетіндерді штокты, ұялы кен орындары деп атайды. Олардың қатарына көбiнесе темiр, мыс және тағы басқа көп құрылымды кен орындары жатады. Бос жыныстар мен пайдалы қазбалар бастапқыда жатық болып қалыптасса, кейіннен құбылыстар әсеріне байланысты кен қабаттары қатпарлануы (0 - 900) кез келген жағдайға ұшырауы мүмкiн. 1.3-суретте, кен денелерiнiң әртүрлі (желi - а, шток - б, линза (жаңқа) - в, ұя - г) жатыс түрлері келтiрілген.
Антиклиналға - дөңесi жоғары бағытталған (1.4, а-сурет), ал синклиналға төмен ойысты қатпарлар жатады. Ыдырау – жыныстар жатысында пайда болған жарықтар бойымен (1.4, б-сурет) қабаттардың тiк немесе соған жақын бағытта жылжитын бұзылыстар.
1
.4
- сурет. Геологиялық бұзылыстар: а)
қыртыстар; б) төмен жылжу (ыдырау)
Кен жыныстарының тұтастығы, үзiлмейтiн бұзылыс - пликативтi (қатпарлы) делінеді. Оларға қабаттың жұқалануы, қалыңдауы және шайылуы жатады. 1.5-суретте көмiр тақтасының жатыс элементтері көрсетiлген
1.5- сурет. Көмiр тақтасының жатыс элементтері
Жатыс жазықтығының көмiр тақтасымен қиылысу сызығының бағыты - жазылым болса, ал сызықтың өзi (А-Б) жазылым сызығы деп аталады. Тақтаның жазылым сызығына тiк жазықтықпен қиылысу сызығы - құлама сызығы (В-Г) болады. Құлама бұрышы () бойынша тақталар жазық (0 - 180), көлбеу (19 - 350), құлама (36 - 550), тiк (56 - 900) болып бөлiнедi. Тақта қалыңдығын (m) оның қуаты деп те атайды. Көмiрдің қуаты перпендикуляр бойынша алғандағы тақта төбесi мен табанының ара қашықтығы. Күрделi тақталарды қазғанда жалпы және пайдалы қалыңдықты айыра бiлу керек. Жалпы қалыңдық, пайдалы қазындының барлық тектесiмен бос жыныстарды қоса алғандағы қалыңдығы, ал пайдалы қалыңдық - тек пайдалы қазынды тектелерiнiң қосындысы ғана.
Тақталар қалыңдығы бойынша - өте жұқа (0,7 м дейiн), жұқа (0,71 - 1,2 м), орташа қалың (1,2 - 3,5 м), және қалың (3,5 метрден жоғары) болып бөлінедi. Технологиялық тұрғыдан бiрге қосуға қолайлы жекелеген тақталар тобын свита дейміз.
Пайдалы қазбамен, бүйір жыныстарының физика-механикалық қасиеттерi өзгеше болуына байланысты тау жыныстары түрлi топтарға бөлiнедi. Профессор М.М.Протодьяконовтың ұсынысы бойынша тау жынысының қаттылық коэффициентi анықталған. Ол сан жүзiнде уақытша қысымға қарсылық мөлшерiнің 100 ден бір бөлiгіне тең, яғни:
f = / 100 .
Қаттылық коэффициент 0,3 тен 20 дейiн өзгереді. Мысалы, жұмсақ тас көмiрдiң қаттылығы 0,3 тең болса, ал тығыз және қатты кварцит, базальттардың қаттылығы 20-ға дейiн барады. Темiр рудаларының қаттылығы 6–12 аралығында.
Профессор Протодьяконовтың қаттылық коэффициент шкаласы дегенiмiз келiсiмдi өлшем.
Пайдалы кенді алу және алынған кен орнын тiреу процестері кен жұмысы деп аталады.