Учебное пособие: Горные породы и полезные ископаемые

1.3 Геологические объекты горных работ

Объектами горных работ являются разнообразные горные породы. Горные породы делят на коренные и наносы. Коренными (магматические, метаморфические и осадочные) породами называют такие, которые залегают в толще земной коры на месте своего первоначального образования. Наносами называют рыхлые породы, образовавшиеся в результате разрушения коренных пород, отдельные частицы которых остались на месте или переносились на то или иное расстояние водой, льдом или ветром.

Большое теоретическое и практическое значение имеют форма и условия залегания месторождений полезных ископаемых.

По форме залегания месторождений твердых полезных ископаемых подразделяются на правильные и неправильные.

К правильным относятся пласты (рисунок 1.3) и пластообразные залежи. Пластом называется плитообразная залежь, имеющая значительное распространение в земной коре и ограниченная двумя более или менее параллельными плоскостями. Весьма тонкие пласты, не разрабатываемые вследствие малой мощности (до 0,4 м), называются прослойками. Плоскости соприкосновения пластов отдельных пород называются плоскостями напластования.

Рисунок 1.3. Пласт

Породы, залегающие над пластом полезного ископаемого, называются кровлей или висячим боком, залегающие ниже пласта - почвой или лежачим боком. Часть пласта, выходящая на земную поверхность или находящаяся неглубоко от нее под наносами, называется выходом пласта (под наносы).

Правильную форму залегания обычно имеют месторождения полезных ископаемых осадочного происхождения (уголь, горючие сланцы, различные соли, гипс, марганцевые руды и т.п.).

Рисунок 1.4. Формы залегания рудных тел: а - жила; б - шток; в - линзы; г - столб; д - гнезда

К неправильным месторождениям относятся жилы, штоки, линзы столбы, гнезда (рисунок 1.4). Неправильную форму залегания имеют, как правило, рудные месторождения магматического происхождения.

Жилой (схема а) называется заполненная минеральным веществом трещина в земной коре. Шток (схема б) - большие тела с весьма неправильными очертаниями. Линза (схема в) - округленные или овальные тела с уменьшением толщины к краям. Столб (схема г) - залежь, вытянутая в одном направлении. Гнезда (схема д) - скопления различных размеров и неправильной формы, неравномерно распределенных во вмещающих породах.

Пласты горных пород в период образования залегали более или менее горизонтально, но под действием тектонических (горообразовательных) процессов, протекавших в земной коре, первоначальное залегание пород нарушалось в той или иной степени. В некоторых районах пласты оказались собранными в складки. Они могут занимать любое положение в земной коре.

Нарушения нормального залегания пластов называются дислокациями. Дислокации без разрыва сплошности называются пликативными, с разрывом сплошности - дизъюнктивными.

К пликативным нарушениям относятся утолщения и утонения пластов, а также складчатость (рисунок 1.5). Складка, обращенная выпуклостью вниз, называется синклиналью, а выпуклостью вверх - антиклиналью.

Рисунок 1.5. Складчатость месторождения

К дизъюнктивным нарушениям относятся сбросы, взбросы, надвиги и др. (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6. Дизъюнктивные нарушения: а - сброс; б - взброс

Положение месторождения в земной коре определяется элементами его залегания. К ним относятся простирание и падение.

Протяжение пласта в длину называется простиранием. Линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью называется линией простирания (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7. Элементы залегания пласта

Направление простирания пласта определяется углом, который составляет линия простирания с меридианом. Линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания, называется линией падения, а само направление этой линии - падением пласта. Угол, который составляет линия падения пласта с горизонтальной плоскостью, называется углом падения пласта.

Мощность пласта или иной залежи как элемент залегания представляет собой расстояние по нормали между кровлей и почвой. Такую мощность т называют истинной, или нормальной. Расстояние между кровлей и почвой, измеряемое по горизонтали, называют горизонтальной мощностью mг, а по вертикали - вертикальной мощностью mв (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8. Параметры пространственной ориентации месторождения полезных ископаемых: 1 - висячий бок залежи; 2 - лежачий бок залежи; 3 - нормальная (по перпендикуляру) мощность рудного тела; 4 - горизонтальная мощность; 5 - угол падения залежи; 6 - угол склонения рудного тела; 7 - длина простирания; 8 - глубина залегания; 9 - глубина распространения

Месторождения полезных ископаемых отличаются весьма разнообразными условиями залегания, влияющими на выбор технических средств и порядок производства горных работ.

Типы месторождений различают по характерным признакам.

По форме выделяют залежи:

изометрические - развитые примерно одинаково во всех направлениях: штоки, гнезда и т.п.;

плитообразные - вытянутые преимущественно в двух направлениях при относительно небольшой мощности: пласты, пластообразные залежи, линзы;

столбообразные и трубообразные - вытянутые в одном направлении (главным образом по падению) при сравнительно небольших, мало отличающихся друг от друга размерами в сечении;

смешанные - представленные одновременно несколькими формами (например, пласты и линзы, столбы и жилы);

сложные - когда трудно выделить преимущественное тяготение к одной из перечисленных групп (например, ветвящиеся жилы, вкрапленности, гнезда).

Рельеф поверхности может быть равнинным, холмистым, представлен возвышенностью или ее склоном, наконец, залежь может находится под водой.

По строению различают: простые залежи с однородным строением без прослоек и включений; сложные залежи содержащие прослои, пропластки, включения пустых пород; рассредоточенные залежи, имеющие сложное строение, при котором полезное ископаемое и пустые породы распределены в толще земной коры без определенной закономерности и четко выраженных контактов.

По углу падения залежи делят на горизонтальные, пологие, наклонные, крутые (крутопадающие) и сложного залегания (таблица 1.3).

Таблица 1.3. Классификация залежей полезных ископаемых по углу падения

Классификация залежей по мощности представленная в таблице 1.4 обуславливает, также как и классификация залежей по углу падения технологию и способ разработки.

Таблица 1.4. Классификация залежей полезных ископаемых по мощности

1.4 Способы разработки месторождений полезных ископаемых

Способ разработки (способ добычи) - это совокупность технических средств и технологических процессов по извлечению полезных ископаемых из недр Земли.

Существуют следующие способы добычи полезных ископаемых: подземный, открытый, комбинированный, со дна водоемов (озер, морей и океанов), геотехнологический и скважинный. Добычу полезных ископаемых осуществляют горные предприятия.

Горное предприятие - самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых. Горное предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение полезных ископаемых, называется горнодобывающим. Существуют следующие виды горнодобывающих предприятий: шахта, рудник, карьер (разрез), прииск, промысел.

Шахта - горное предприятие, предназначенное для добычи полезных ископаемых подземным способом.

Рудник - горное предприятие, служащее в основном для подземной добычи руд, горно-химического сырья и строительных материалов. Этим понятием иногда пользуются для обозначения нескольких шахт (карьеров), объединенных в единую административно-хозяйственную единицу с централизованным хозяйством.

Карьер - горное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых открытым способом. Разрез - карьер по добыче угля.

Прииск - горное предприятие по добыче россыпных месторождений драгоценных металлов (золотой прииск).

Промысел - горное предприятие по добыче жидких и газообразных полезных ископаемых (нефтяной промысел).

Разработкой месторождения называют комплекс работ по вскрытию, подготовке и выемке полезного ископаемого. Эти работы являются стадиями разработки месторождения. Вскрытие и подготовка осуществляется посредством проведения горных выработок. Выемку (добычу) полезного ископаемого ведут в забоях, применяя при этом различные способы его разрушения.

Открытый способ предусматривает добычу полезных ископаемых непосредственно с дневной поверхности.

Открытые горные работы наболее древний способ. Еще 10 - 12 тыс. лет назад твердые породы для каменных орудий человек добывал из ям, канав. В дальнейшем их вытеснили подземные.

Потребовался новый качественный скачок в развитии механизации горных работ, чтобы открытая добыча полезных ископаемых стала ведущей.

Более 60% угля и минерального сырья для потребностей энергетики, черной и цветной металлургии и 99% сырья для производства стройматериалов добывается открытым способом.

Глубина некоторых карьеров достигает 700-800 м, их производительность достигает 200-300 млн.м3/год по горной массе.

В ближайшем будущем минерально-сырьевая база будет характеризоваться:

- снижением качества полезных ископаемых;

- увеличением глубины разработки

- усложнением горно-геологических условий

- ухудшением экономических показателей за счет увеличения себестоимости разработки.

Развитие геотехнологических методов добычи позволит ввести в эксплуатацию более бедные, глубоко залегающие месторождений со сложными горно-геологическими условиями, разработка которых обычными способами нерентабельна.

Физико-химические методы добычи полезных ископаемых отличаются экологической чистотой, позволяют избежать выдачи на поверхность пустых пород, исключить присутствие людей под землей, повысить производительность труда, полностью автоматизировать все технологические процессы. Социальные последствия их использования выразятся в изменении места и роли человека-горняка, содержания, характера его труда.

2. ОСНОВЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

2.1 Общие сведения о технологии открытых горных работ

Открытая разработка представляет собой комплекс горных работ, при котором все производственные процессы, необходимые для извлечения полезного ископаемого из недр земли, совершаются непосредственно с земной поверхности (рисунок 2.1). Поэтому применялась она еще в древнейшее время, когда извлекались только те полезные ископаемые, которые залегали наиболее близко к земной поверхности. По мере увеличения глубины работ открытый способ становился невыгодным, так как удаление увеличивающегося объема пустых пород посредством мускульного труда было слишком трудоемким и дорогим.