Способи видобутку корисних копалин

 

Під видобутком корисних копалин розуміють витяг їх з надр у результаті розробки родовища. Розрізняють два способи видобутку: без зміни і зі зміною агрегатного стану корисної копалини. До першого відносять видобуток твердих корисних копалин підземним, відкритим і підвідним способами; до другого – підземну газифікаціюю чи вугілля виплавку сірки методом Фраша.

Підземний і відкритий способи є традиційними, освоєними і широко застосовуваними. Однак в останні десятиліття зростає значення видобутку корисних копалин із дна морів і океанів. Великі родовища газу експлуатуються під водами Північного моря. У берегів Аляски морські драги миють золото, у берегів Намібії – алмази, у берегів Шрі Ланки і Західної Австралії йде видобуток з морських розсипів мінералів, що містять титан і цирконії.

Підземна газифікація полягає в тім, що кам'яне чи буре вугілля під впливом хімічно активних компонентів – кисню, пар води і діоксида вуглецю перетворюються на місці залягання в енергетичний чи технологічний газ.

Ідея підземної газифікації вугілля, яку висловив Д. И. Менделєєв, уперше була реалізована в нашій країні, знайдені і перевірені в різноманітних природних умовах технічні вирішення основ її практичного здійснення.

При підземному видобутку корисних копалин в товщі гірських порід утворяться порожнечі – вироблений простір. Вироблення, з яких виробляється виїмка корисних копалин, називаються очисними. Для забезпечення стійкості очисних вироблень, а в окремих випадках і для захисту земної поверхні від утворення провалів і тріщин, у виробленому просторі іноді залишають ділянки корисних копалин- опорні цілини – чи ведуть очисні роботи з закладкою обваленням порід, що вміщають. Опорні цілини призначені для утримання вишерозміщених порід від обвалень, а земну поверхню від опускання. При розробці родовища з закладкою вироблений простір заповнюють порожніми породами (закладним матеріалом) ; якщо розробка ведеться з обваленням, то породи покрівлі над виробленим простором не утримують ні цілинами, ні закладним масивом, і вони обваляться, заповнюючи вироблений простір і приймають на себе тиск вишезалягаючих порід. Зазначені заходи спрямовані на захист гірських виробків від впливу на них так називаного гірського тиску.

Гірський тиск – це сили, що виникають у масиві гірських порід, що оточує гірські виробки. Виявляється гірський тиск в деформаціях і руйнуванні кріпи, опускання й обвалення порід, що оточують гірські виробки, роздавлюванні цілин, ущільненні закладного масиву і т. д. Основні причини, що викликають гірський тиск, – власна вага порід, тектонічні сили і температурні градієнти.

У комплексі питань, з якими зустрічаються гірська наука і практика, гірський тиск займає одне з найважливіших місць, тому що ефективність і безпека ведення гірських робіт у значній мірі залежать від характеру його прояву і від, уміння керувати їм.

Фактори, що впливають на характер прояву гірського тиску, дуже різноманітні і можуть бути розділені на дві групи: геологічні і гірськотехнічні. До першої групи відносять фізико-механічні властивості гірських порід і шару, його кут падіння і потужність, глибини залягання, обводнення порід, що вміщають, будівля покрівлі, ґрунти і потужності їхніх шарів, що складають, і ін. До другого – розміри вироблення, термін їх підтримки, швидкість руху вибою лави, спосіб виїмки корисних копалин, тип і характеристика застосовуваної кріпи, спосіб керування гірським тиском.

Фізико-механічні властивості гірських порід є головним чинником, що визначають характер прояву гірського тиску, їхня стійкість і схильність до самообвалення.

У залежності від здатності окремих шарів породи покрівлі і ґрунти до самообвалення, а також від розташування їх стосовно вугільного шару розрізняють помилкову, безпосередню й основну покрівлю, а також безпосередній і основний ґрунт.

Помилковою покрівлею називають шар породи, що залягає безпосередньо над розроблювальним шаром, незначної потужності (до 0, 5-0, 6 м), що легко обвалюється одночасно з виїмкою вугілля чи з деяким відставанням від її. Слід зазначити, що багато шарів не мають помилкової покрівлі.

Безпосередньою покрівлею називають залягаючу над шаром чи помилковою покрівлею товщу порід, що легко обвалюються, причому на невеликих площах після видалення індивідуального пересування механізованої кріпи очисного вироблення.

Основною покрівлею називають товщу міцних, стійких порід, що залягають над безпосередньою покрівлею й обвалючихся при значній площі оголення. Основна покрівля може залягати і безпосередньо над шаром вугілля.

Помилкова покрівля звичайно складається з углистих і слабких аргиллітів; безпосередня покрівля найчастіше представлена чи алевролітами аргиллітами, а основна – вапняками і піщаниками, рідше міцними аргиллітами.

Товщу порід, що залягає безпосередньо під вугільним шаром, називають безпосереднім ґрунтом. З властивостями безпосереднього ґрунту зв'язані явища обдимання порід, вдавлювання в неї кріпи, а на крутому падінні – сповзання й обвалення.

Товщу порід, що залягають нижче порід безпосереднього ґрунту, називають основним ґрунтом.

Породи покрівлі розділяють на чотири класи по їхній обрушаймості в основу класифікації покладений характер обрушаймості і висота їхнього обвалення.

Клас I – у безпосередній покрівлі залягає товща легко-обрушаймих порід. Потужність цієї товщі, що складає з декількох шарів, більш 6-8-кратної потужності розроблювального шару.

Клас II – у безпосередній покрівлі залягає товща легко обрушаймих порід потужністю менш 6-8-кратної потужності розроблювального шару. В основній покрівлі залягають важко-обрушаймих порід, що обвалюються лише через деякий час після виїмки вугілля й оголення покрівлі на значній площі.

Клас III – у безпосередній покрівлі залягає відносно могутній шар труднообвалюющихся порід. В окремих випадках безпосередня покрівля відсутня і над шаром залягає основна покрівля, що допускає оголення на значній площі.

Клас IV – у безпосередній покрівлі залягають породи, здатні плавно прогинатися без значних розривів і тріщин (при потужності шару до 0, 8-1, 0 м).

Породи покрівлі мають різну стійкість. Стійкістю називають властивості порід утримуватися від зрушення, чи деформації обвалення при оголенні їхній у міру виїмки вугілля. У залежності від площі і часу збереження стійкості без застосування кріпи розрізняють покрівлі зовсім хитливу, хитливу, середньої стійкості, стійку і дуже стійку.