Устройство шахты по добыче полезных ископаемых

Ранее мы рассмотрели, как устроенно Метро, теперь же мы опустимся ещё ниже. Мы посмотрим устройство и работу, шахты (В Разрезе: Шахта). И начнём мы с просмотра ролика в котором рассказывается, об одном дне из жизни горняков:

Посмотрев на эту опасную и чертовски трудную работу, понимаешь, что значит выражение «Тружусь в поте лица». А мы переходим к истории горного дела, но сначала полюбуемся на физиономию, гнома из властелина колец). Да осветит он нам путь, в самой тёмной шахте!!!

Потребность в строительных материалах, металле и минеральном сырье способствовала как развитию геологоразведочных, так и горных работ. Древние шахты (горные выработки) отличались друг от друга и представляли собой: простые колодцы (дудки). Колодцы с камерами и нишами, шахты с ходами (штреками) до 5-6 шт.,  в разных направлениях в зависимости от залегания полезного ископаемого.

Добыча кремня в вертикальных выработках (без штреков). В Разрезе: Шахта.Добыча кремня в подбоях (штреках)

Выработки не крепились, диаметр их составлял 0,6-0,8 м, длина выработки не превышала 4 м. В целях безопасности штреки и камеры разделялись «целиками» – невыбранной коренной породой. В целях вентиляции отдельные колодцы (дудки) соединялись между собой. Первые горные выработки были незначительной глубины (до 6-8 м), и в них для подъема горной массы использовались веревка с сосудом различной конструкции, а несколько позже – коловорот или рычаг.

Шахта в Средние века. В Разрезе: Шахта.

Металл стал:

Широко входить в обиход древнего человека в период бронзового века (4000- 900 гг. до н.э.). В это время наряду с медью, обладавшей хорошей ковкостью, стали добывать олово, серебро, свинец и т.д. Для отбойки горных пород широко используется обжиг, т.е. накаливание вмещающих пород до высоких температур, каких можно достичь с помощью открытого огня от костра и резкое охлаждение водой. Такую операцию при необходимости делали несколько раз, в результате чего порода растрескивалась даже в той части, которая с огнем не соприкасалась. Далее ее по трещинам «отбивали» клином, ломом или кайлом.

Горные орудия труда из кремня, оленьих костей и бронзы.

1 – каменный лом

2 – каменный молоток

3 и 4 – куски оленьих рогов

5 – бронзовое долото

6 – лопата

7 – молоток из бронзы

(Так были построены монастырские пещеры в г. Инкерман под Севастополем.)

Необходимо также отметить, что к этому периоду известны железные орудия труда для отдельных цивилизаций. Так в 1837 г., при изъятии некоторых камней из большой пирамиды Хеопса, время постройки которой относится к 3000 г. до н.э., было найдено железное орудие. В китайских летописях в этот же период упоминается об искусстве выплавки железа. Летописи Египта также содержат сведения о разрабатывающихся в глубокой древности железных рудниках в Восточной части страны между Нилом и Красным морем, о железных рудниках на Синейском полуострове и в Эфиопии.

Добыча руд способом распаливания породы. В Разрезе: Шахта.

Позже:

В Античный период (II тысячелетие до н.э. – V в. н.э.), в который входят бронзовый и железный века, дают достаточно подробное историческое описание горным работам того времени. В наиболее развитых странах, где велись горные работы, в комплекс ведения работ входил весь проходческий цикл: отбойка породы, транспортировка на поверхность, крепление выработок, водоотлив, вентиляция и освещение. Для откалывания пород использовались кайло, клин, заступ, молот.

Горный инструмент античного периода.

Отбойку горных пород железными клиньями, по которым наносили удары молотом вручную, применяли во многих странах, вплоть до XIX-XX вв.

Отбойка породы бронзовым камнем. В Разрезе: Шахта.

На ниже приведена копия с иллюстрации к полному описанию одного рудника в Японии, из которой видно, как забойщик отбивает с помощью клина породу, а специальные рабочие выносят корзиной породу на гора.

Горные работы в японском руднике.

В горном деле:

Для отбойки породы порох был использован первый раз 8 февраля 1627 г. тирольцем К. Байделем для проходки Верхнебобровой штольни на руднике «Банска-Штявница» в Словении методом шпуровых зарядов. После этого порох начали применять для отбойки пород в рудниках Австрии, Германии, а с 1670 г. этот метод повсеместно применялся во всех развитых странах Европы. Для применения пороха в качестве взрывчатого вещества в твердых породах бурили шпуры (отверстия) диаметром 20-25 мм, глубиной около 1 метра. В шпур помещали порох, от которого шла затравка на поверхность. Шпур пыжевали, т.е. устье шпура забивали глиной или вязкой породой. После этого поджигали затравку и производили взрыв, разрушающий породу. Бурение шпуров представляло собой наиболее тяжелую работу.

В твердых породах бурение производили ударным способом, а в мягких – вращательным. При ударном способе пользовались долотчатым буром, представляющим собой стержень, обычно восьмигранной формы в поперечном сечении, снабженным на одном конце лезвием, а на другом головкой, по которой наносился удар. Иногда использовали для бурения трубки (шлямбуры). Бурение осуществляли в основном за счет мускульной силы. Шпуры при таком бурении имели сложное строение – с устья шире и по мере углубления шпур сужался.

Изобретение бурильных машин было важным событием в развитии горного дела. Считается, что первая бурильная машина была применена в 1863 г. Из различных бурильных машин, которые до сих пор имеют название перфораторы, наибольшее распространение получил ручной перфоратор системы Лисбе.

Бурение шпуров ручным перфоратором системы Лисбе

Позже появились перфораторы Мейера, перфоратор на сдвоенной колонке.

Перфоратор Мейера, установленный на распорной колонке. В Разрезе: Шахта.Перфоратор фирмы
Diamond Rock Drill на
сдвоенной распорной колонке

Русские инженеры и ученые:

Внесли существенный вклад в совершенствование горного дела. Так, А.Н. Узатис (1814-1875), один из основоположников отечественной горной механики, в 1843 г. опубликовал «Курс горного искусства», который сыграл большую роль как руководство по горному делу, где особое внимание уделялось технике, бурению, порохо-стрельным работам и теории горной механики. За этот труд в 1844 г. Петербургская Академия наук удостоила автора Демидовской премии.

В 1876 г. русский горный инженер С.Г. Войслав разработал первый отечественный станок алмазного бурения – ручной бур с эксцентрически закрепленным инструментом для бурения.

В начале XX века в России начало развиваться станкостроение буровых инструментов, а к началу 40-х годов оно занимало одно из ведущих мест в мире. В 1929 г. на Московском электрозаводе был получен сплав победит, который состоял из 90% карбида вольфрама и 10% кобальта. Буровые коронки, армированные твердым сплавом, быстро получили распространение.

Со второй половины прошлого века выпускается буровая техника, которая принципиально не изменилась до настоящего времени.

Памятник является символом героического шахтерского труда и посвящен памяти погибших горняков Кузбасса. В Разрезе: Шахта.

Археологами установлено, что на территории Российской империи наиболее раннее использование камня относится к древнему палеолиту – примерно 100 тыс.лет назад. В 5-2 тыс. до н.э. на территории России большое распространение получает медь, которую добывали в Балкано-Карпатских рудных районах, и начинается выплавка бронзы на Кавказе, Урале и в Донбассе. Примерно в это же время начинает развиваться собственное ГД в районах, где концентрировались запасы ПИ.

Исключительное значение на Руси имел соляной промысел. Сохранились документальные данные о добыче соли в Старой Руссе от 1363г. В 1700 г. по указу Петра I был создан Приказ рудокопных дел, преобразованный в 1719 г. в Берг-коллегию, которой подчинялись государственные горные предприятия и группа «рудных доносителей» – разведчиков недр. После этого в 17-18 вв. в Российской империи было открыто много промышленных месторождений на Урале, в Сибири, на Алтае, на территории Украины. К концу 18 в. Россия занимала уже видное место в мире по добыче ПИ. В этот период в России насчитывалось 200 горных заводов и выплавлялось 160 т чугуна в год.

К середине 19 в. Россия давала 40 % добычи золота в мире (Восточная Сибирь, Урал), покрывала 90 % мировой потребности в платине (Урал). В 1901 г. Россия занимала 1-е место в мире по добыче марганцевых руд (Чиатурский бассейн). К концу 19 в. возникают крупные предприятия по добыче железной руды в Криворожском бассейне (Украина). После 1880 г. железорудный центр перебазировался с Урала в Кривбасс, где в 1900 г. было получено свыше 57 % общероссийской добычи. Этот бассейн до сих пор является одним из крупнейших мировых центров железорудной промышленности.

В горно-промышленном регионе Российской империи перед Первой мировой войной было занято около 700 тыс. рабочих, из которых 34 % – на Украине, 30 %– на Урале, 12 % – в Сибири. Остальные 24 % – в Подмосковье, на Кавказе и других регионах.

В настоящее время в России сосредоточено около 50 % мировых запасов минеральных ресурсов, добывается 48 минералов (больше всех в мире).

Современные горные предприятия – это, по принятой терминологии, большие системы или, точнее, большие технологические системы, обеспечивающие добычу полезных ископаемых открытым или подземным способом, обогащение руд и получение концентратов или агломератов с высоким содержанием полезных компонентов. Продукция горных предприятий предназначена для дальнейшего металлургического передела.

В качестве примера можно рассмотреть крупное месторождение медно- молибденовых руд Эрденетийн-Овоо, разрабатываемое совместным Монголо-Российским предприятием «Эрдэнэт». Месторождение представляет собой линзообразный штокверк длиной около 600 м, мощностью 150-300 м. На этом уникальном месторождении содержится свыше 600 млн. т руды со средним содержанием меди около 0,8 %. Размеры карьера в настоящее время – 2,5 на 1,5 км, применяется буро-взрывной способ отбойки, доставка автосамосвалами грузоподъемностью 80-120 т, погрузка экскаваторами с ковшом емкостью 12-20 м³, в работе одновременно находятся 5-7 добычных забоев.

Теперь же настало время рассмотреть иллюстрацию Стивена Бисти, на тему шахт и рассмотреть как всё там устроенно более подробно, в разрезе:

В низком тоннеле на глубине 500 м под землей шахтеры управляют машинами, которые отбивают от земной коры огромные куски и отделяют каменный уголь от пустой породы. Некоторые никогда не видели угля своими глазами, но все мы так или иначе пользуемся им: электроэнергию, которая несет тепло и свет в наши дома, частично получают при сжигании угля. Тысячелетия назад люди, вероятно, подбирали уголь на поверхности земли. Потом пришлось рыть шахты, чтобы добраться до месторождений, погребенных под толщей горных пород. Рискуя жизнью, шахтеры добывали уголь киркой и лопатой, позже стали применять взрывчатку. Сейчас им помогают компьютеры и гигантские врубовые машины, но шахта по-прежнему остается темным, сырым, грязным и очень опасным местом.

Шахтёрская техника:

Врубовая машинаГидравлическая крепёжная установкаПроходческий комбайн

В наши дни шахтеры не добывают уголь вручную. Вращающаяся головка проходческого комбайна открывает доступ к угольному пласту. Врубовая машина движется поперек пласта. На ее вращающийся барабан насажены покрытые алмазной крошкой лезвия, которые и отбивают куски угля. Гидравлическая крепежная установка поддерживает потолок после прохода врубовой машины и двигает конвейер.

В Разрезе: Шахта:

В Разрезе: Шахта

Расшифровка обозначений:

1-15:

1. Надшахтное здание. Основная часть шахты находится под землей, но работа происходит и на поверхности. Администрация и мастерские располагаются в надшахтном здании.

2. Вращающиеся шестерни. Мощные лебедки поднимают на поверхность скипы с углем и опускают по главному стволу клеть — лифт для шахтеров

3. Склады. В над шахтных зданиях расположены склады и мастерские по сборке и ремонту оборудования.

4. Комната отдыха

5. Автостоянка

6. Вентиляционный ствол

7. Кожух вентилятора

8. Вентиляторный блок. Вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха.

9. Лопасти вентилятора.

10. Вытяжной ствол. Отработанный воздух удаляется из шахты по вытяжному вентиляционному стволу.

11. Конвейер

12. Сепараторы для угля

13. Лифт, на котором шахтёры спускаются в забой

14. Подземный транспорт. В шахтах используется множество различных транспортных средств. По широким тоннелям ходят поезда с электро или тепловозами. Иногда людей и оборудование возят на тракторах.

15. Угольный пласт

16-30:

16. Магистраль. Главные тоннели в шахтах называют магистралями, подобно междугородним шоссе на поверхности.

17. Вентиляционная дверь. Приоткрыв створку двери, шахтер увеличивает приток свежего воздуха в шахту. Вентиляционные двери делают тройными. Их открывают по очереди, чтобы воздух не выходил наружу.

18. Вертикальные рельсы лифта

19. Развязки. Потоки воздуха в шахте очень важны для вентиляции. Иногда тоннели огибают друг друга, чтобы свежий воздух не смешивался с застоявшимся.

20. Займите места! Забой может находиться за несколько километров от главного ствола шахты. Туда шахтеры ездят на поезде.

21. Скип. Лебедка поднимает уголь в скипе — стальном ковше вместимостью 10 т. В шахтах с горизонтальной выработкой скипы не используются, уголь подается по конвейеру.

22. Бункер. Прежде чем поднять уголь на поверхность, его временно загружают в подземные бункеры емкостью 600 т. На случай поломки конвейера в шахте оборудованы бункеры, вмещающие до 1 000т угля.

23. Водяные струи. Пыль в шахте — источник многих неприятностей: облака пыли взрывоопасны, а сама она вредна для здоровья. Поэтому уголь при добыче и транспортировке поливают водой.

24. Магистральный конвейер. С штрекового конвейера уголь попадает на магистральный, который выносит его к стволу шахты.

25. Штрековый конвейер. С панцирного гибкого конвейера уголь попадает на штрековый и движется к ближайшей магистрали.

26. Панцирный гибкий конвейер. От врубовой машины уголь попадает на панцирный гибкий конвейер — бесконечную ленту из попарно соединенных стальных секций.

27. Врубовая машина. В самом сердце угольной шахты работает врубовая машина. Она движется вперед и назад между двумя штреками, срезая с угольного пласта при каждой ходке
слой угля шириной 70 см.

28. Надежная опора. Там, где уголь вырублен, потолок подпирают стальные плиты.

29. Угольный забой

30. Штреки. Проходческие машины прокладывают штреки. Угольные пласты редко залегают горизонтально, так что машины преодолевают под землей довольно крутые склоны.

31-43:

31. Свежий воздух. Вентиляция позволяет шахтерам дышать, понижает температуру в забое. При этом в тоннелях не скапливается взрывоопасный газ метан. Раньше взрывы на шахтах были обычным явлением.

32. Пешком на работу. Подземные поезда ходят не везде, поэтому часть пути на работу шахтеры идут пешком.

33. Вентиляционный ствол. В шахте есть два вентиляционных ствола. По одному поступает свежий воздух, по другому вытягивается воздух отработанный.

34. Уголь на колесах. Забой — это место, где уголь добывают из пласта. Локомотив вывозит вагонетки с углем из забоя, а скипы (ковши, разгружающиеся автоматически) поднимают его на пoвepхность.

35. Крепь тоннеля

36. В поисках угля. Уголь залегает под землей пластами. Их толщина может достигать 6м, но иногда и 20 см достаточно, чтобы добыча оказалась выгодной.

37. Очистка и сортировка. Прежде чем уголь поступит продажу, его необходимо очистить и рассортировать — по качеству и размерам кусков. Уголь отделяют от примесей в больших резервуарах с водой: пустая порода тонет, а уголь всплывает на поверхность.

38. Луч света. Под землей царит полная темнота, поэтому шахтерам нельзя без фонарей. Лампа крепится к каске, чтобы руки были свободны. Аккумулятор фонаря перезаряжают
в специальном помещении.

39. Душевые. Поднявшись после смены наверх, шахтеры принимают душ и обедают. Рабочую одежду они оставляют в особых шкафчиках.

40. Транспортировка. Уголь нужен не только в местах добычи. От шахты его развозят на грузовиках и поездах.

41. С учетом ландшафта. Наземные постройки шахт не отличаются особой красотой. Но теперь их проектируют с таким расчетом, чтобы они вписались в надземный ландшафт.

42. Столовая

43. Сортировочные стволы

Спасибо за внимание, ждёт интересных статей и от вас!!!  С Уважением редакция сайта Fotovarka.