Строительство шахт для добычи полезных ископаемых

        строительство предприятий по добыче полезных ископаемых (угольных шахт, рудников). Ш. с. включает проведение подземных горных выработок (вертикальных, наклонных, горизонтальных) и возведение зданий и сооружений на поверхности (копры, здания подъёмных машин, административно-бытовых комбинатов, ремонтно-механические мастерские, градирни, компрессорные, складские помещения, подъездные ж.-д. пути и др.). В Ш. с. из общего объёма строительно-монтажных работ более 60% занимают подземные работы.

         В дореволюционной России Ш. с. велось, в основном, в Донецком угольном и Криворожском железорудном бассейнах. В СССР Ш. с. получило бурное развитие в годы довоенных пятилеток (1929—40). Были построены крупные угольные шахты в Донбассе, Кузбассе, Казахстане (Караганда), рудные шахты в Криворожском бассейне, Пермской области и др.

         Во время Великой Отечественной войны 1941—45 Ш. с. развивается в восточных районах страны. Только в Кузбассе за эти годы было введено в действие 24 шахты.

         В 1943—50 в основном велись работы по восстановлению разрушенных и затопленных шахт и рудников в Донецком и Подмосковном угольных, Криворожском железорудном и Никопольском марганцевом бассейнах.

         Проходка стволов комплексно механизирована. При бурении шпуров используют бурильные установки типа БУКС-1м, при погрузке горной массы — погрузочные машины, для выдачи горной массы на поверхность — саморазгружающиеся большегрузные бадьи ёмкостью до 5 м3. Крепление стволов обычно осуществляется монолитным бетоном путём спуска бетонной смеси по трубопроводу за металлическую передвижную опалубку. Для сдачи в эксплуатацию современных шахты или рудника проводят от 40 до 80 км горных выработок. Строители ежегодно проходят более 360 км горных выработок, в том числе 25 км вертикальных стволов. Средняя скорость проходки стволов с применением породопогрузочных комплексов в 1976 в угольной промышленности составила 55 м/мес, в горнорудной — 43,6 м/мес. СССР занимает 1-е место в мире как по объёму, так и по достигнутым темпам проходки вертикальных стволов (401,3 м готового ствола в месяц). Для проведения горизонтальных выработок применяются бурильные установки и породопогрузочные машины, а также проходческие комбайны. В 1975 около 15% всех выработок на строящихся шахтах угольной промышленности было пройдено комбайнами, 20% — скоростным методом (т. е. в 1,5 раза больше норматива). Среднемесячная скорость проведения выработок в 1976 составила: квершлагов и полевых штреков на угольных шахтах 59,7 м, на рудных — 69,6 м;месячный объём проведения выработок большого поперечного сечения (околоствольных дворов и камер) — от 300 до 460 м3.

        Ш. с. осуществляют шахтостроительные организации, специализированные по видам работ (тресты по проходке шахтных стволов, проведению горизонтальных и наклонных выработок, монтажу горно-шахтного оборудования, строительству зданий и сооружений на поверхности шахт). Такие организации входят в состав шахтостроительных комбинатов и объединений (например, Всесоюзное объединение «Союзшахтстрой» Минуголепрома СССР, Всесоюзное объединение «Цветметшахтстрой» Минцветмета СССР). Проходку стволов с применением специальных методов (замораживание, цементация горных пород и др.) осуществляет специализированный Всесоюзный трест «Шахтспецстрой» Минмонтажспецстроя СССР.

         Научные исследования в области Ш. с. ведут научно-исследовательские институты ВНИИОМШС (Харьков), КузНИИшахтострой (Кемерово), Донгипрооргшахтострой (Донецк), горнопроходческие машины и комплексы разрабатывает институт ЦНИИподземмаш (Москва).

         В зарубежных социалистических странах крупные угольные шахты построены в ПНР, калийные рудники в ГДР, сооружаются крупные рудники по добыче полиметаллических руд в МНР. В рамках СЭВ созданы научно-технические советы по проектированию и строительству горнодобывающих предприятий.

         В капиталистических странах (в США, ФРГ, Бельгии, Великобритании, Франции, ЮАР, Канаде) строительство шахт и рудников, как правило, ведут специализированные фирмы.

         Лит.: Строительство зданий и сооружений угольных шахт, М., 1964; Новая технология сооружения шахтных стволов, М., 1965; Шахтное строительство за годы Советской власти, «Шахтное строительство», 1967, № 10; Гузеев А. Г., Основы проектирования технологии строительства и реконструкции шахт, М., 1972; Справочник инженера-шахтостроителя, т. 1—2, М., 1972; Машины и оборудование для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок, М., 1975; Малиованов Д. И., Современные тенденции в совершенствовании горнопроходческого оборудования, «Шахтное строительство», 1976, № 2—3; Проектирование угольных шахт, М., 1976.

         В. Н. Гольберт.

В горных районах для вскрытия ископаемых создают горизонтальные или близкие до такого положения выработки – штольни. Они выполняют те же функции, что и стволы. В нижней части ствола создается рудничный двор, где перегружают руду с транспортных средств, в подъемный механизм. Здесь размещаются ремонтные мастерские, электрические подстанции, депо, гаражи для транспорта и др.

От нижней части ствола с теми же функциями прокладывают горизонтальные капитальные горные выработки. Они могут проведены по простиранию пласта ископаемого и в пустой породе. В первом случае такая выработка называется штреком, а во втором – квершлагом. Последняя выработка прокладывается от ствола до полезного пласта и создается для его вскрытия. Квершлаг от ствола строят в тех случаях, когда ископаемое залегает в неблагоприятных условиях под природными или искусственными преградами и экономически нецелесообразно прокладывать ствол непосредственно над месторождением.

Все названные горные выработки являются капитальными строениями, создаются в подготовительный период и эксплуатируются столько же, как и шахта. Капитальные выработки укрепляются железобетонными, чугунными тюбингами и в них размещают различию оборудование. После прокладки капитальных выработок приступают к промышленной разработке месторождения, что достигается проведением очистных работ. Сущность их сводится к отделению ископаемого от пласта и транспортировке породы на поверхность. Процесс отделения руды от пласта породы называется отбойкой, а место где проводится он – забоем или лавой. Отбойку проводят ручным, взрывным и машинным спо­собами. Выбор вида отбойки зависит от научно-технического прогресса, физических и химических свойств ископаемых. Еще в начале двадцатого столетия основным приспособлением шахте­ров были обушок, сани-волокуши,  которые тянули рабочие. Откатку руды проводили в вагонетках, которые возила лошадь. В современных шахтах твердые породы взрывают, менее прочные (соль, уголь) отделяют машинным методом. При этом широко используются специальные комбайны, которые проводят отбойку породы, погрузку ее на транспортное средство. Ручная отбойка с применением пневматических молотков используется ограничено, из-за большой трудоемкости, низкой производительности труда. По мере изъятия породы забой и техника передвигаются по простиранию пласта. Это обусловливает непостоянство рабочего места, а постепенное его движение усложняет автоматизацию работ.

Отделение руды от пласта требует крепления вышележащих пород от обрушения. Для этого в выработках используют древесину или металлическую крепь, а работы называются креплением кровли.

Простейший метод удаления руды из лавы – спуск ее под воздействием собственного веса. Такой способ применяют, когда забой расположен выше транспортной горной выработки. Преимущественно руду из лавы удаляют специальными вагонами, скребковыми механизмами, транспортерами и другими транспортными средствами. По откаточным горным выработкам руду перемещают до стволов ленточными конвейерами, локомотивами с вагонетками грузоподъемностью до I т в зависимости от мощности шахты. В качестве локомотивов используют аккумуляторные и контактные электровозы с шириной рельсового пути 600-900 мм. Для сравнения отметим, что этот показатель на железнодорожном транспорте составляет 1420 мм. Современные конвейеры перемещают за час до 3000 т породы.

Подъем руды на поверхность осуществляется клетьевым и скиповым способами. В первом случае руду поднимают по стволу совместно с вагонеткой, и после разгрузки на поверхности она вновь спускается в шахту. Более эффективный подъем – скиповый – в специальных емкостях грузоподъемностью 10-50 т, которые расположены в стволе. При этом внизу ствола порода с транспортного средства перегружается в скип, который поднимается на поверхность. Такой подъем оборудован, как правило, дву­мя скипами. Когда один находится под разгрузкой, то второй в этот период загружают, а затем наоборот.

При шахтной разработке недр меньше нарушается поверхность земли по сравнению с открытым способом. Однако извлечение руды из-под покрывающих пород образует в недрах пустоты. Под воздействием пластичности пород происходит механическое нарушение недр, проседание поверхности, увеличивается заболоченность территорий, образуются искусственные озера, трещины на поверхности земли, разрушение зданий. С расширением масштабов разработок эти экологические явления значительно возрастаю, что требует больших капитальных вложений на крепление

кровли. Уменьшить отрицательное экологическое влияние позволяет совершенствование методов разработки природных ресурсов, закладка выработанных пустот отходами производства.

Подземное выщелачивание  применяется для разработки урановых руд, солей, руд цветных металлов. В Беларуси таким способом разрабатывают Мозырское месторождение каменной соли. Подземное выщелачивание основано на свойствах руд растворяться в воде, кислотах. При этом способе месторождение вскрывают скважинами, обустроенными концентрическим распо­ложением труб по схеме труба в трубе (рис.4). Через одну из труб в недра подают растворитель. Он легче рассола и располагается вверху камеры выщелачивания. Растворитель постепенно насыщается компонентами руды, становится тяжелее, спускается вниз камеры и выдавливается через одну из труб на поверхность. Для прекращения выщелачивания руды в камеру подаются инертные вещества (сжатый воздух, нефтепродукты и др.), которые защищают верх камеры от растворения.

РИС. 4. СХЕМА РАССОЛОДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ.

Таким образом, процесс значительно проще по сравнению с шахтным. Добыча сырья сводится к подаче растворителя в недра и транспортировка рассолов по трубопроводам до мест переработки. При этом исключается присутствие людей под землей, что улучшает условия труда, безопасность и повышает производительность. Снижаются сроки подготовки месторождения для эксплуатации, капитальные вложения на добычу единицы сырья. По расчетам специалистов, только за счет затрат на проходку шахтных стволов возможно пробурить и обустроить скважины для добычи ископаемых. Поэтому таким способом по­лучают наиболее дешевое сырье.

Подземное выщелачивание позволяет более рационально использовать ресурсы недр, расширить сырьевую базу промышленности. Добыча руды шахтным способом ограничена глубиной и условиями залегания пород. Разработка глубокозалегающих пластов, находящихся в сложных горно-геологических условиях, шахтным способом не всегда целесообразна. Добыча солей из-за их пластичности возможна на глубину до 1000 м. Хозяйственное использование руд, не отвечающих требованиям кондиции, возможно только подземным выщелачиванием. Этим способом расширяется сырьевая база за счет более полного изъятия ископаемых из недр уже отработанных участков шахтных полей, где потери ресурсов могут достигать 3/4 общих запасов.

Подземное выщелачивание – более экономичный и экологичный процесс. Применение специальных растворителей позволяет извлекать только полезный компонент, а все остальные вещества, которые могут составлять более 9/10 массы породы, оставлять в недрах. В результате на поверхности образуется меньше отходов.