Temat 4. "Metody urabiania skał"

Urabialność skały jest to opór jaki stawia skała narzędziu, które narusza jej strukturę.

Klasyfikacja protodiakonowa urabialności :

a) bardzo łatwo urabialne skały - poniżej 0,4 F

b) łatwo urabialne skały - 0,4-0,8 F

c) średnio urabialne skały - 0,8-1,4 F

d) skały trudno urabialne - 1,4-2,5 F

e) bardzo trudno urabialne - powyżej 2,5 F

"F" - liczba wskaźnikowa. Służy do doboru maszyny urabialnej takiej, która maksymalnie będzie urabiała przy jak najmniejszych kosztach.

Istnieją trzy grupy urabiania skał:

Grupa 1 - urabianie fizyczne

Grupa 2 - urabianie chemiczne

Grupa 3 - urabianie mechaniczne

Grupa 1 Urabianie fizyczne:

Polega ono na zmianie stanu skupienia materiałów ubieranych (np. sól).

Grupa 2 Urabianie chemiczne:

Oprócz zmiany stanu skupienia następuje również zmiana składu chemicznego.

Grupa 3 Urabianie Mechaniczne:

które dzielimy na:

a) ręczne

b) materiałem wybuchowym

c)maszynowe

d) maszynami zespołowymi

e) hydrourabianie

a)Urabianie ręczne.

Wykonuje się urabianie ręczne jako pomocnicze. Do urabiania ręcznego najlepiej wykorzystuje się właściwości skały

Do narzędzi stosowanych ówcześnie do ręcznego urabiania skał należy kilof.

Kilof

Wygląd: narzędzie, które jest jednym z najczęściej używanych przez górników przy pracy w kopalni. Na prostym trzonku osadzono żelezce z obu stron zakończone lekko zakrzywionym dziobem. Ten kilof idealnie nadaje się do rozbijania skał.

b)Urabianie materiałem wybuchowym.

Wybuch jest to zjawisko gwałtownej zmiany stanu równowagi układu, przebiegające z wykonaniem pracy mechanicznej (przesunięciem lub zniszczeniem otaczającego środowiska), efektem dźwiękowym i przeważnie świetlnym.

Wybuchy dzieli się na fizyczne i chemiczne.

Wybuchy fizyczne- nie są związane z występowaniem żadnej reakcji chemicznej, są skutkiem np. rozerwania naczynia ze sprężonym gazem, kotła parowego, w górnictwie - wybuchu nabojnic Armstrong lub Kardoks.

Wybuchy chemiczne-są to gwałtowne reakcje chemiczne połączone z wydzielaniem się dużej ilości ciepła i wytworzeniem dużej ilości gazów lub par. np. metan, pył węglowy, górnicze materiały wybuchowe.

Ciałem wybuchowym-są związki chemiczne lub ich mieszaniny zdolne do gwałtownej reakcji chemicznej pod wpływem bodźców zewnętrznych

Materiały wybuchowe powinno cechować:

-wielka prędkość przebiegu reakcji

-egzotermiczność reakcji chemicznej

-tworzenie się dużych ilości par lub gazów

-samorzutność postępowania reakcji

Materiały wybuchowe stanowią związki substancji, które pod wpływem bodźców zewnętrznych przekształcają się w bardzo trwałe. Szybkość tej przemiany jest różna i zależy od rodzaju wielkości bodźca zapoczątkowującego tę przemianę, własności chemicznych, przede wszystkim składu materiału wybuchowego oraz własności fizycznych

Ze względu na prędkość zachodzenia przemian można rozróżnić trzy zasadnicze rodzaje rozkładu materiałów wybuchowych: deflagracja, wybuch, detonacja.

Ze względu na zastosowanie materiały wybuchowe dzieli się na: inicjujące, kruszące i miotające.

M.W. inicjujące -ze względu na bardzo krótki czas potrzebny do przejścia od zapalenia do detonacji, detonują pod wpływem np. płomienia, tarcia lub uderzenia. Są używane do inicjowania mniej wrażliwych materiałów wybuchowych.

M.W. kruszące- detonują je materiały wybuchowe inicjujące. Przy ich stosowaniu uzyskuje się urobek drobny .

M.W. miotające- eksplodują po pobudzeniu płomieniem. Uzyskuje się gruby urobek. Duże zastosowanie mają w kamieniołomach.

W zależności od postaci fizycznej i składu chemicznego materiały wybuchowe dzieli się na następujące podgrupy:

-proszkowe- mające strukturę sypką drobnokrystaliczną zawierającą 0-10% nitroestrów

-granulowane ziarniste- mające strukturę gruboziarnistą

-plastyczne półplastyczne- zawierające powyżej 10% nitroestrów zżelowanych

-zawiesinowe- mające strukturę plastyczną lub półpłynną zawierające powyżej 2% wody

-emulsyjne

W górnictwie węglowym ze względu na specyfikę środowiska i zagrożeń materiały wybuchowe dzieli się na następujące cztery zasadnicze grupy:

-M.W skalne

-M.W węglowe

-M.W metanowe

-M.W specjalne

-skalne- nie maja one żadnego stopnia bezpieczeństwa wobec metanu i pyłu węglowego. W związku z tym mogą być używane tylko w robotach kamiennych i kamienno-węglowych przy zawartości metanu nie przekraczającej 0,5%, a przy strzelaniu z użyciem zapalarki z blokadą metanometryczną do 1% metanu.

Materiały wybuchowe skalne dzieli się na pięć podgrup:

-saletrzane

-nitroestrowe

-prochy

-inne

-o zmniejszonej wrażliwości na bodźce zewnętrzne

-węglowe - materiały te mają wymagany stopień bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego. W swym składzie zawieraj około 10% soli kuchennej. Mogą być stosowane do odpalania ładunków w otworach odwierconych w węglu w pokładach nie metanowych. Są to materiały wybuchowe saletrzane o nazwie karbonity.

-metanowe- są to materiały wybuchowe o wymaganym stopniu bezpieczeństwa wobec metanu i pyłu węglowego. Zawdzięczają to około 25% domieszce środków chłodzących. Są dopuszczone do stosowania w kopalniach metanowych przy zawartości metanu do 1%. W grupie materiałów wybuchowych metanowych wyodrębnia się dwie pod:

-M W M nitroesterowe

-M W M saletrzane

-metanowe specjalne- są to materiały wybuchowy saletrzane o znacznie wyższym stopniu bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego i metanu. Mogą być stosowane we wszystkich przodkach kamiennych i węglowych, w polach niemetanowych i metanowych przy zawartości metanu do 1,5%

c)Urabianie maszynowe

Wiercenie otworów strzałowych

Do wiercenia otworów strzałowych w górnictwie podziemnym stosuje się trzy następujace rodzaje wiertarek:

• obrotowe

• udarowe

• udarowo - obrotowe

Wiertarki obrotowe:

Produkuje się je w kilku wersjach do wiercenia ręcznego oraz z urządzeniami podtrzymującymi i posuwem mechanicznym. Wiertarki obrotowe mogą mieć napęd elektryczny, pneumatyczny lub hydrauliczny.

Ręczne wiertarki elektryczne: Mają korpus zaopatrzony w dwa uchwyty. W jednym z tych uchwytów znajduje się dźwignia służąca do uruchamiania wiertarki oraz gniazdo, przez które

Wprowadzony jest przewód oponowy doprowadzający energię elektryczną do silnika wiertarki.

W środkowej części korpusu znajduje się silnik elektryczny, a w tylnej części korpusu na wale silnika osadzony jest wirnik wentylatora, który w czasie pracy silnika powoduje ruch powietrza wzdłuż żeberek w celu chłodzenia zwiększonej tym sposobem powierzchni silnika.

Wiertarki obrotowe pneumatyczne: zbudowane są podobnie do elektrycznych, tylko w korpusie zamiast silnika elektrycznego znajduje się silnik napędzany powietrzem sprężonym. Silnik ten nie wymaga chłodzenia, ale wymaga smarowania, do którego przewidziano system smarowniczy. Ponadto w wiertarkach tych, zamiast gniazda wprowadzającego końcówkę przewodu oponowego,

Znajduje się króciec służący do przykręcania węża doprowadzającego powietrze sprężone.

Wiertarki obrotowe przeznaczone są do wiercenia w skałach miękkich lub kruchych. Zasada ich pracy polega na skrawaniu warstwy skały na dnie otworu wierconego. Skrawanie to następuje pod wpływem nacisku na ostrze wiertła, które na wskutek tego wcina się na niewielką głębokość w skałę, a następnie w czasie obrotów wiertła następuje skrawanie.

Wiertarki udarowe: do wiercenia w skałach twardych stosuje się obecnie powszechnie wiertarki udarowe. Ostrze wiertła wiertarki udarowej wykonuje uderzenie o skałę, co powoduje jej kruszenie

i pękanie. Po każdym uderzeniu następuje obrót wiertła o pewien niewielki kąt i następne uderzenie. Dzięki temu, niezależnie od kształtu ostrza wiertła, otwory wiercone mają przekrój kołowy.

Wiertarki udarowo - obrotowe: Zalety wiercenia obrotowego i udarowego połączone w wiertarkach udarowo - obrotowych.

W wiertarkach udarowo - obrotowych wiertło wykonuje ciągłe, niezbyt duże obroty oraz uderzenia przy stałym dość znacznym docisku wiertła do calizny. W wyniku tego uzyskano znaczne zwiększenie wydajności wiercenia, wyeliminowano straty energii na powtórne miażdżenie zwiercin,

Zmniejszono szybkość tępienia ostrza.

Urabianie młotkami mechanicznymi

Młotki mechaniczne, dawniej zwane także młotkami odbudowy, stanowiły jeden z pierwszych sposobów częściowej mechanizacji urabiania miękkiego węgla w ścianach i chodnikach. Obecnie młotki mechaniczne stosowane są w górnictwie podziemnym jako urządzenia pomocnicze robotach przodkowych oraz przy remontach obudowy, przebudowanych wyrobisk itp., szczególnie w tych miejscach, gdzie roboty strzelnicze z różnych względów są zabronione. W przodkach młotki są stosowane do wyrównywania ociosów, wykonywania gniazd dla obudowy, rozbijania większych brył skalnych itp.

W górnictwie podziemnym znalazły zastosowanie młotki mechaniczne z napędem pneumatycznym. Dzieli się je w zależności od masy, od której zależy moc młotka na:

• lekkie, o masie 7 do 9 kg,

• średnie, o masie 10 do 12 kg,

• ciężkie, o masie powyżej 12 kg.

Urabianie wgłębiarkami

Obecnie w polskich kopalniach pracuje jedna wręboładowarka w kop. Murcki - resztę oddziału

Należy traktować historycznie.

Wrębiarki są to maszyny do wykonywania wrębów. Wrębem nazywa się wąską szczelinę wykonaną w caliźnie przodku. Celem wykonywania wrębów jest ułatwianie urabiania za pomocą materiałów wybuchowych przez odsłonięcie dodatkowej płaszczyzny calizny.

d)Urabianie maszynami zespołowymi.

Maszyny zespołowe czyli kombajny, wykonują równocześnie kilka operacji górniczych - najczęściej urabiają i ładują. Ze względu na dużą wydajność i całkowitą mechanizację uciążliwych operacji górniczych maszyny zespołowe są stosowane coraz powszechniej.

W polskim górnictwie węglowym powszechne zastosowanie znalazły do mechanizacji drążenia chodników - kombajny chodnikowe, a do urabiania i ładowania w wyrobiskach ścianowych - kombajny ścianowe.

Kombajny chodnikowe: Całkowitą mechanizacje drążenia chodników węglowych uzyskuje się przez zastosowanie kombajnów chodnikowych. Kombajn urabia caliznę węglową, ładuje urobek na przenośnik odstawy i jest pomocny przy wykonywaniu obudowy górniczej. Urabianie polega na skrawaniu calizny węglowej organem urabiającym. Pozwala to na nienaruszenie górotworu robotą

Strzelniczą, uzyskanie dokładnego kształtu pożądanego wyłamu skalnego, a również skraca do minimum obecność załogi w czole przodku, zwiększając bezpieczeństwo pracy.

Wady: Duże zapylenie przodku i zmniejszenie ilości grubego urobku.

Kombajn chodnikowy stanowi maszynę zespołową złożoną z następujących podstawowych zespołów:

Wysięgnika z organem urabiającym ,nadwozia z obrotnicą, umożliwiającą urabianie calizny na określonej szerokości bez przemieszczenia całego kombajnu, podwozia gąsiennicowego, ładowarki łapowej, podawarki zgrzebłowej przyczepnej lub stanowiącej integralny zespół kombajnu, oraz układów hydraulicznych i elektrycznych. Kombajny chodnikowe mogą pracować bez zastrzeżeń w polach niemetanowych i metanowych kat. I. W polach metanowych kat. II, III i IV drążenie wyrobisk korytarzowych kombajnami jest uwarunkowane ustaleniamizasad ich przewietrzania przez GIG w porozumieniu z WUG.

Kombajny ścianowe: Kombajnem ścianowym nazywamy kombajn przeznaczony do pracy w przodkach ścianowych. Zależnie od sposobu urabiania węgla rozróżnia się:

• kombajny strugające, w których organ strugający przesuwa się ruchem postępowym i odcina urobek w przodku ścianowym; tego typu maszyny stosowane są do węgli miękkich i znane są pod nazwą strugów, strugozgarniarek, taranów

• kombajny wycinające urabiające węgiel odpowiednio skonstruowanymi wrębnikami; kombajny tego typu wprowadzono do polskiego górnictwa bez powodzenia; cechowały się one dużym zabiorem wynoszącym 1,6 do 2,0 m;

• kombajny frezujące w których organ urabiający w postaci bębna, ślimaka lub tarczy skrawa caliznę węglową osadzonymi na nich nożami; kombajny te cechują się małymi zabiorami 0,6 do 1,0m.

Kombajny frezujące składają się z trzech podstawowych zespołów połączonych ze sobą śrubami:

• jednej lub dwóch głowic z organami urabiającymi,

• ciągnika,

• silników elektrycznych i hydraulicznych.

Oprócz tego kombajn wyposażony jest w różne urządzenia i zespoły pomocnicze, w sanie, wózek do układania na nim oponowego przewodu elektrycznego lub układaka takiego przewodu, w urządzenia do zraszania, sygnalizacyjne i inne.

Strugi węglowe.

Mogą urabiać węgle miękkie i bardzo miękkie na niskich ścianach. Posiadają ruchomą głowicę ze sztywnymi nożami.

e)Hydrourabianie.

Jest to urabianie wodą pod wysokim ciśnieniem. Stosuje się tylko w przypadku pokładów bardzo twardych i zagrożonych pożarem. Do ściany wwierca się dziury i do nich doprowadza się rurki które później doprowadzają wodę.

Ługowanie

Proces rozpuszczania skał lub minerałów (oraz odpadów) i wynoszenia z wody poza zasięg ich występowania. Ługowanie skał osadowych obejmuje kolejno minerały od najłatwiej do najtrudniej rozpuszczalnych (np. wg kolejności: halit, gips, kalcyt, dolomit). W skałach magmowych przebiegają bardziej złożone procesy wietrzenia chemicznego umożliwiające przebieg ł.. Procesy ł. zmieniają w różny sposób chemizm wód podziemnych. Efekt zmian uzależniony jest zarówno od składu mineralogicznego ługowanego ośrodka skalnego jak i warunków przebiegu procesu.

Otworowa metoda eksploatacji siarki

Metoda otworowego podziemnego wytapiania siarki tzw. metoda Frascha - od nazwiska H. Frascha który pierwszy raz zastosował metodę na złożu Sulphur Dome w Luizjanie w 1894 roku. Podziemne wytapianie siarki następnie wykorzystywano na złożach w czapach solnych w Meksyku, USA, po modyfikacjach B. Żakiewicza rozpoczęto eksploatację Polskich pokładowych złóż siarki nie związanych z wysadami. W 1966 roku w Grzybowie uruchomiono pierwszy otwór eksploatacyjny w Europie. Eksploatacja metodą otworową siarki wykorzystuje takie własności siarki jak: niską temperaturę topnienia i niską lepkość w zakresie temperatur 120 -160° C. Metoda polega na doprowadzeniu do złoża siarkowego medium grzewczego o temperaturze 165°C (woda) oraz odprowadzeniu płynnej siarki na powierzchnię pod wpływem sprężonego powietrza przez odpowiednio skonstruowane otwory eksploatacyjne. Otwory na polu górniczym są rozmieszczone według siatki trójkątnej w poprzek rozciągłości złoża.

Odległość między otworami wynosi najczęściej 45m aczkolwiek stosuje się siatki wierceń o modułach :30x30, 45x45, 60x60, 45x60, 120X60, 20x20, 30x60. Ostatnią kopalnią eksploatującą siarkę metodą podziemnego wytapiania jest kopalnia "Osiek" jest to wynikiem wzrostu pozyskiwania siarki ze źródeł innych niż rodzime

Warunki eksploatacji siarki  metodą Frascha	- średnie osiarkowanie - 20%  - współczynnik wytapialności - powyżej 40  - wapień kawernisty  - nieprzepuszczalne skały stropowe i spągowe  - głębokość zalegania złoża - do 500m
Fazy technologiczne  eksploatacji złoża	- udostępnienie złoża  - nagrzewanie złoża  - wydobywanie siarki  - odprężenie złoża  - ochrona środowiska
Media technologiczne	- gorąca woda  - para wodna  - siarka płynna  - woda zimna  - woda złożowa  - gaz ziemny
Rodzaje otworów  eksploatacyjnych	- eksploatacyjne  - odprężające  - wstępnie grzane  - wyłączone z eksploatacji  - przygotowane do eksploatacji

Schemat otworu eksploatacyjnego

Schemat pola górniczego

Schemat technologiczny stacji aparatury kontrolno-pomiarowej

2

---