Podział złóż ze względu na kształt (złoża foremne i nieforemne)
PODZIAŁ ZŁÓŻ ZE WZGLĘDU NA KSZTAŁT - z górniczego punktu widzenia najważniejszy jest podział złóż według ich kształtu. Kształt złoża kopaliny użytecznej wywiera poważny wpływ na wybór systemu eksploatacji, a w szczególności na sposób udostępnienia złoża, przygotowania go do eksploatacji oraz wybierania.
Ze względu na kształt można wyróżnić dwie zasadnicze grupy złóż:
1. Złoża foremne: pokłady, żyły proste, soczewki.
2. Złoża nieforemne: żyły złożone, gniazda, składy, słupy, pnie, masywy, złoża okruchowe.
2. Pokład i jego elementy
Pokład jest to złoże zalegające na znacznej przestrzeni, ograniczone od góry i od dołu dwiema mniej więcej równoległymi płaszczyznami, stanowiącymi miejsce zetknięcia się pokładu ze skałami otaczającymi.
Skały zalegającą bezpośrednio nad pokładem nazywa się stropem (warstwy stropowe), a skały leżące bezpośrednio pod pokładem nazywa się spągiem (warstwy spągowe).
Najmniejsza odległość między stropem a spągiem pokładu nazywa się grubością pokładu.
3. Podział pokładów ze względu na grubość i kąt nachylenia
Pokłady w zależności od grubości dzielą się na:
a) węgiel :
- cienkie do 1 m;
- średniej grubości 1,0 do 3,0 m;
- grube powyżej 3,0 m.
b) złoża rud :
- cienkie do 1,5 m;
- średniej grubości 1,5 do 6,0 m;
- grube powyżej 6,0 m.
W zależności od kąta nachylenia pokłady dzieli się na:
a) węgiel : - prawie poziome do 100, - słabo nachylone 10 do 350, - silnie nachylone 35 do 450, - strome powyżej 450. |
b) złoża rud : - prawie poziome do 50, - słabo nachylone 5 do 300, - silnie nachylone 30 do 450, - strome powyżej 450. |
---|
4. Nieregularności w zaleganiu pokładów (pierwotne i wtórne)
Nieregularności w zaleganiu pokładów można podzielić na:
1. nieregularności pierwotne powstałe w czasie powstawania złoża, np. ścienienie lokalne lub stałe, wyklinienie lokalne lub stałe, zgrubienie, rozszczepienie (zrastanie).
2. nieregularności wtórne powstałe po utworzeniu się pokładu:
- bez przerwania ciągłości: pofałdowania, kopuły, niecki, fleksury, zgrubienia, wyprasowania.
z przerwaniem ciągłości: uskoki.
5. Elementy uskoku
Rys. 24. Elementy uskoku
h – wysokość pionowa zrzutu (zrzut), w – przesunięcie pochyłe (ślizg),
p – przesunięcie poziome, a – amplituda uskoku, s – szerokość szczeliny
uskokowej, β – kąt nachylenia płaszczyzny uskoku
6. Ogólne zasady udostępniania złóż oraz charakterystyka wyrobisk udostępniających
Wyrobiska udostępniające na terenie obszaru górniczego mają za zadanie otworzyć dostęp do złoża lub jego części. Charakterystyczne jest dla nich to, że wykonane są najczęściej w skałach poza złożem. Udostępnienie złoża lub jego części dla eksploatacji podziemnej polega na wykonaniu zespołu podziemnych wyrobisk górniczych (pionowych, pochyłych, poziomych), łączących złoże lub jego część z powierzchnią ziemi, służących głównie do założenia dróg transportowych i wentylacyjnych. Wybór sposobu udostępnienia złoża oraz miejsca, w którym złoże ma być udostępnione, wymaga analizy czynników geologicznych, technicznych i ekonomicznych. Zasadnicze znaczenie ma wielkość i kształt geometryczny złoża oraz budowa geologiczna górotworu.
Roboty udostępniające powinny być tak prowadzone, aby:
nie powodowały niszczenia złoża i nie utrudniały prawidłowej gospodarki złożem,
po ich zakończeniu istniała możliwość wybierania złoża zgodnie z zasadami techniki górniczej,
było zapewnione bezpieczeństwo i komfort pracujących,
przy wybieraniu złoża, możliwe było zapewnienie uzyskiwania w ciągu możliwie długiego okresu czasu pracy kopalni, zaplanowanych parametrów produkcji.
Wybór miejsca udostępnienia zależy od rozmieszczenia zasobów w złożu. Koszty transportu zależą od ilości tonokilometrów. Należy więc dążyć do skrócenia dróg przewozowych zwłaszcza do tych części złoża, gdzie zasoby są największe. Udostępnienie powinno zapewniać dostęp do najniższej części złoża przeznaczonej do eksploatacji (odwadnianie, transport grawitacyjny).
Każda kopalnia podziemna musi mieć co najmniej dwa zdatne do użytku połączenia wyrobisk podziemnych z powierzchnią ziemi, jedno dla doprowadzenia świeżego powietrza a drugie dla odprowadzenia zużytego powietrza.
7. Wyrobiska udostępniające: szyb, szyb pochyły, szyb ślepy, przecznica, przekop, upadowa i pochylnia
Podstawowymi wyrobiskami udostępniającym w kopalniach podziemnych są szyby. Szyb jest to wyrobisko pionowe (czasem pochyłe) o przekroju poprzecznym okrągłym, prostokątnym lub beczkowym. Obecnie głębi się szyby o przekroju okrągłym, których średnica wynosi najczęściej od 4,5 m do 8,5 m. Inne kształty przekroju szybów spotyka się w istniejących starych kopalniach. Szyby stanowią główne drogi transportowe dla wyciąganego na powierzchnię urobku, dostawy do kopalni materiałów, maszyn i urządzeń, transportu załóg górniczych, doprowadzenia świeżego powietrza i odprowadzenia zużytego powietrza, zamontowania rurociągów odwadniających i podsadzkowych itp. Szyby wydobywcze, służące głównie do ciągnienia urobku, głębi się do najniższego poziomu kopalni. Szyby wentylacyjne, przy których zlokalizowana jest stacja wentylatorów wywołujących depresję i przepływ powietrza w wyrobiskach górniczych, lokalizuje się przy szybach wydobywczych (tzw. szyby bliźniacze) lub przy granicy obszaru górniczego (szyby peryferyjne). Szyby są wyrobiskami kapitalnymi i muszą przetrwać przez cały okres istnienia kopalni. Dla ich ochrony przed skutkami eksploatacji górniczej (pionowe i poziome przemieszczenia górotworu) wyznacza się wokół szybów filary ochronne. Złoże zawarte w granicach filara ochronnego może być ewentualnie eksploatowane w ostatnim okresie istnienia kopalni przy zachowaniu odpowiednich rygorów eksploatacji. Podstawową zaletą szybów bliźniaczych jest pozostawianie jednego filara ochronnego.
Przecznicami nazywamy wyrobiska korytarzowe wykonywane w skałach płonnych prostopadle do kierunku rozciągłości pokładów.
Przekopy kierunkowe są to wyrobiska korytarzowe drążone z głównej przecznicy równolegle lub prawie równolegle do rozciągłości pokładów aż do granic obszaru górniczego kopalni. Jeżeli wyrobiska wykonane są z przekopu kierunkowego i są prostopadłe do niego to nazywane są przecznicami polowymi. Wyrobiska o innych kierunkach nazywane są przekopami polowymi. Z przekopu kierunkowego w odstępach od 300 do 500 m prowadzi się przecznice oddziałowe prostopadle do rozciągłości udostępnianych pokładów.
Poziome wyrobiska udostępniające (podobnie jak szyby) zaliczane są do wyrobisk kapitalnych. Okres ich istnienia wynosi około 20 do 25 lat i zależy od czasu istnienia poziomu oraz jego zasobności. Z tego też powodu wyrobiska te muszą być wykonywane w sposób zapewniający ich długotrwałe użytkowanie.
8. Sposoby drążenia wyrobisk korytarzowych
9. Kształt przekroju poprzecznego wyrobisk korytarzowych oraz stosowane rodzaje obudowy
10. Struktura złożowa ( węglowa )
Struktura złożowa polega na udostępnieniu wiązki pokładów przecznicami drążonymi z szybu wydobywczego na każdym poziomie, prostopadle do rozciągłości.
Główne przecznice wykonuje się na wszystkich poziomach w tej samej płaszczyźnie pionowej dla otrzymania wspólnych filarów i prostszego schematu wentylacyjnego.
W miejscu przecięcia się przecznicy ze złożem (pokładem) zostaje założony chodnik podstawowy, który wykonuje się wzdłuż rozciągłości złoża na dwa przeciwległe skrzydła, aż do granic obszaru górniczego.
Jeżeli wysokość pionowa poziomu jest dość duża, a nachylenie złoża jest nieznaczne (kilka do kilkunastu stopni), to długość pochyła pokładu między chodnikiem podstawowym na poziomie wydobywczym, a chodnikiem podstawowym na poziomie wentylacyjnym może dochodzić od 1500 do 3000 m.
Zachodzi wówczas potrzeba, tak ze względów technicznych jak i ekonomicznych podziału długości pochyłej poziomu na piętra.
W razie potrzeby z przecznicy wykonuje się szybiki w górę lub w dół dla dalszego udostępnienia pokładów lub podziału partii pokładów na piętra.
Przy peryferyjnym rozmieszczeniu szybów wentylacyjnych zużyte powietrze odprowadza się w pokładzie pochylniami wentylacyjnymi.
W przypadku centralnego rozmieszczenia szybów wydobywczych wykonuje się przekop zbiorczy dla powrotu powietrza zużytego.
Zalety :
- mały koszt inwestycyjny udostępnienia złoża ;
- krótki czas udostępnienia.
Wady :
- bardzo duże kosztu utrzymania wyrobisk ;
- mała pewność ruchu ( zaciskanie wyrobisk ) ;
- trudności izolacji rejonu w przypadku pożaru.
11. Struktura kamienna ( geometryczna )
Struktura kamienna udostępnienia złoża polega na wykonaniu szybu wydobywczego przecznicy transportowej, kończącej się przekopem kierunkowym założonym 20 do 30 m pod pokładem. Z przekopu kierunkowego wykonuje się prostopadle do rozciągłości przekopy polowe w odległości od siebie 500 do 1000 m, przy czym dolna granica odnosi się do pokładów grubych i samozapalnych. Pokłady udostępniane są z przekopów polowych szybikami wydobywczymi (zsypczymi) czasem pochylniami (niższe piętro do 40 m w pionie).
Szybiki o średnicy 5 m wyposażone są w przedział drabinowy, klatkę z przeciwwagą i zsypnię.
Czasem można najniższe piętro udostępnić wprost z przekopu polowego.
Szybiki wydobywcze zakładane są w odległości od siebie 250 do 500 m, przy czym mniejsze odległości stosuje się przy wybieraniu pokładów grubych na trzy i więcej warstw.
Dla odprowadzenia powietrza zużytego i doprowadzenia podsadzki płynnej projektuje się analogiczną sieć wyrobisk kamiennych nad pokładem lub pokładami. Powietrze zużyte jest odprowadzane szybikami wentylacyjnymi (odległości jak przy szybikach zsypczych) do pochylń kamiennych wentylacyjnych wykonanych zwykle około 20 m nad najwyższym pokładem w płaszczyźnie pionowej przekopu polowego.
Powietrze zużyte płynie tymi pochylniami do zbiorczego przekopu wentylacyjnego łączącego się z szybem wentylacyjnym wprost lub przecznicą wentylacyjną w zależności od jego położenia. Tak zaprojektowana sieć wyrobisk udostępniających dzieli złoże na bloki o wielkości zależnej od wzajemnej odległości przekopów polowych i szybików wydobywczych.
W ten sposób każdy blok jest niezależną samodzielną jednostką wydobywczą (osobny transport urobku, dostawa materiałów, transport ludzi, odrębna wentylacja i doprowadzenie podsadzki).
Struktura ta ma zastosowanie dla bardzo trudnych warunków górniczo-geologicznych przy jednym grubym pokładzie oraz dla wiązki grubych pokładów silnie samozapalnych, pyłowych i gazowych, tąpiących itd.
Zalety :
- niskie koszty utrzymania wyrobisk udostępniających założonych w zwięzłych skałach płonnych;
- możliwość utworzenia większej ilości niezależnych rejonów i pól eksploatacyjnych w danym pokładzie ;
- możliwość łatwiejszej izolacji wentylacyjnej poszczególnych pól eksploatacyjnych oraz ograniczenie ilości pożarów w grubych pokładach skłonnych do samozapalenia (właściwy dobór wymiarów geometrycznych pól i pięter w poszczególnych pokładach realizowany poprzez dobór właściwej wzajemnej odległości przekopów polowych i odległości szybików) ;
- praktycznie wyeliminowanie możliwości powstawania pożarów endogenicznych na głównych drogach transportowych i wentylacyjnych ;
- prosta organizacja transportu głównego na poziomie (możliwość pełnej automatyzacji) oraz
duża przepustowość głównych dróg transportowych ;
- możliwość czystego wybierania pokładów i nie pozostawiania filarów oporowych w złożu
wokół głównych przekopów transportowych.
Wady :
- długi okres udostępniania poziomu ;
- wysoki koszt inwestycyjny w czasie budowy poziomu.
12. Typy kopalń
Podział kopalń na poszczególne typy dokonuje się w oparciu o analizę modelu kopalni istniejących lub w oparciu o ustalenie modelu kopalń projektowanych oraz organizację całokształtu procesu produkcyjnego związanego z wydobyciem kopaliny i jej przeróbką mechaniczną do określonego stadium.
Analiza obejmuje drogę urobku z pojedynczych przodków eksploatacyjnych na dole kopalni do wydobycia go na powierzchnię i skierowanie do zakładu przeróbczego, a także wywóz produktu gotowego ( węgiel lub koncentrat rudy ) poza zakład górniczy.
Oprócz drogi urobku analizuje się również organizację transportu materiałów, ludzi i doprowadzenie powietrza.
W polskim górnictwie kopalnie eksploatujące kopaliny użyteczne sposobem podziemnym dzieli się na trzy zasadnicze typy :
- kopalnie typu jednostkowego ;
- kopalnie typu zespołowego ;
- kopalnie typu zespolonego.
Kopalnia jednostkowa
Przez kopalnie jednostkową rozumie się kopalnię samodzielną, która w obrębie swojego obszaru górniczego posiada szyb wydobywczy i szyby pomocnicze (zjazdowo materiałowe, podsadzkowe), zakład przeróbczy i wszystkie obiekty powierzchniowe (przemysłowe i usługowe) niezbędne do prowadzenia procesu produkcyjnego przy wydobyciu i przeróbce kopaliny do określonego stadium jej uszlachetniania (węgiel wzbogacony i przesortowany lub koncentrat rudy uzyskany na drodze wzbogacenia rudy metodami fizycznymi lub chemicznymi).
Ilość szybów w kopalni jednostkowej 2 do 4, a w wyjątkowych przypadkach 5.
Organizacja procesu wydobywczego w kopalni jednostkowej jest podporządkowana jednej powierzchni głównej, w obrębie której skupione są wszystkie obiekty powierzchniowe związane z prowadzeniem ruchu kopalni.
Kopalnia zespołowa
Kopalnia zespołowa charakteryzuje się tym, że w obrębie obszaru górniczego tej kopalni, zwanego często obszarem produkcyjnym, wyodrębnia się tzw. obszary elementarne, które są obsługiwane przez oddzielne kompleksy zjazdowo-wentylacyjne, złożone przeważnie z dwóch szybów bliźniaczych ( jeden szyb zjazdowo-materiałowy jest szybem wdechowym, a drugi szyb jest szybem wentylacyjnym). Każdy z tych kompleksów charakteryzuje się samodzielnym ruchem ze względu na zjazd załogi, dostawą materiałów oraz doprowadzenie świeżego powietrza i odprowadzenie powietrza zużytego z robót przygotowawczych i eksploatacyjnych prowadzonych w obrębie obszaru elementarnego.
Obszar produkcyjny kopalni zespołowej jest obsługiwany jednym kompleksem wydobywczo-przeróbczym, zlokalizowanym centralnie w obszarze produkcyjnym. Często przy kompleksie wydobywczo-przeróbczym lokalizuje się jeden kompleks zjazdowo-wentylacyjny, zmniejszając w ten sposób ilość filarów ochronnych dla szybów i obiektów powierzchniowych z nimi związanych.
Urobiony węgiel lub rudę w obrębie obszarów elementarnych transportuje się na poszczególnych poziomach wydobywczych systemem głównych przekopów transportowych do centralnego szybu wydobywczego, wydobywa na powierzchnię i kieruje się wprost do zakładu przeróbczego zlokalizowanego przy tym szybie.
Kopalnia zespołowa traktowana jest jako całość (kompleks wydobywczo-przeróbczy i kompleksy zjazdowo-wentylacyjne stanowi kopalnię samodzielną, natomiast same obszary elementarne obsługiwane przez poszczególne kompleksy zjazdowo-wentylacyjne lub kompleks wydobywczo-przeróbczy są jednostkami niesamodzielnymi.
W kopalni typu zespołowego organizacja procesu wydobywczo-przeróbczego i procesów pomocniczych jest przyporządkowana określonym szybom i elementom wyrobisk wchodzących w skład struktury udostępnienia złoża na poziomie wydobywczym.
Umownie przyjmuje się, że ilość szybów w kopalni zespołowej może wynosić 5 - 12, natomiast wielkość obszaru górniczego w zależności od zasobności złoża, od kilkunastu do kilkudziesięciu km2, w szczególnych przypadkach może przekraczać nawet 100 km2.
Kopalnia zespolona
O kopalni typu zespolonego mówimy wówczas, jeśli kopalnia posiada kilka szybów wydobywczych i zjazdowo-wentylacyjnych zlokalizowanych w różnych miejscach obszaru górniczego, a tylko jeden centralny zakład przeróbczy, do którego transportuje się wydobytą kopalinę użyteczną drogami powierzchniowymi z poszczególnych szybów wydobywczych.
Kopalnia zespolona ujmowana jako całość ( jednostki wydobywcze i zakład przeróbczy) jest kopalnią samodzielną, natomiast same jednostki wydobywcze - jeżeli wydobyta kopalina wymaga wzbogacenia - nie są samodzielne, gdyż nie posiadają w obrębie swej powierzchni głównej ( przy szybie wydobywczym ) zakładu przeróbczego.
Kopalnie typu zespolonego projektuje się dla złóż odosobnionych, ale niezbyt oddalonych od siebie, kiedy łatwiejsze i tańsze są rozwiązania transportu urobku z poszczególnych złóż drogą powierzchniową niż pod ziemią. Kopalnie tego typu powstają również w wyniku scalania małych jednostek wydobywczych w duże kopalnie z równoczesną modernizacją i centralizacją przeróbki kopaliny oraz gospodarski magazynowej, usługowej i administracyjnej przy zakładzie przeróbczym.
Ilość jednostek wydobywczych kierujących urobek do zakładu przeróbczego może być różna - może wynosić od 2 do 4. Natomiast ilość szybów w obrębie pojedynczych jednostek wydobywczych wynika z warunków naturalnych zalegania złoża i jego zasobności oraz wielkości wydobycia.
13. Sposoby wykonywania wyrobisk korytarzowych, (urabianie, ładowanie, obudowa itd.)
?
14. Podstawowe systemy eksploatacji: system ścianowy, zabierkowy, komorowy.
Ze względu na rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego wydzielono systemy ubierkowe, zabierkowe, komorowe i blokowe.
Wybieranie zabierkowe oznacza wybieranie kopaliny w polu wybierania pewnego rodzaju komorami, zwanymi zabierkami, przy czym zroby likwiduje się dopiero po zakończonym wybieraniu zabierki. Sposób ten nadaje się do wybierania pokładów średniej grubości i grubych. Systemy zabierkowe są systemami krótkofrontowymi. Można je podzielić na: systemy zabierkowe (krótkie zabierki) i systemy długich zabierek.
Wybieranie pośrednie łączy w sobie cechy charakterystyczne dla obu wymienionych wyżej sposobów, np. samo wybieranie odbywa się sposobem zabierkowym, a likwidacja zrobów analogicznie jak przy sposobie ubierkowym ( systemy jankowicki, miechowicki ).
15. Sposobu wypełniania przestrzeni poeksploatacyjnej (zawał, podsadzka, ugięcie).
Pustka poeksploatacyjna powstała po wybraniu złoża wyrobiskami eksploatacyjnymi musi być w sposób systematyczny i dostosowany do przyjętego systemu wybierania likwidowana. Ponieważ sposób likwidacji pustki poeksploatacyjnej wpływa istotnie na zachowanie się warstw stropowych nad wybranym złożem, nosi on również nazwę sposobu kierowania stropem.
W górnictwie węglowym występują trzy podstawowe sposoby (systemy) kierowania stropem [15]:
- system zawałowy - polegający na zawaleniu warstw stropowych w pustce poeksploatacyjnej,
- system podsadzkowy - polegający na wypełnieniu powstałej pustki poeksploatacyjnej różnego rodzaju materiałem podsadzkowym, dostarczanym najczęściej spoza likwidowanego wyrobiska,
- system z całkowitym ugięciem się stropu - polegający na łagodnym obniżeniu warstw stropowych nad pustką poeksploatacyjną, bez przerywania ciągłości tych warstw; ma on zastosowanie ograniczone tylko do przypadków wybierania bardzo cienkich pokładów, przy sprzyjających dla tego systemu warunkach stropowych.
Poza podstawowymi sposobami kierowania stropem mogą być też systemy mieszane, polegające na zastosowaniu w różnych częściach wyrobiska różnych sposobów. Do grupy tej można zaliczyć m.in. system eksploatacji z podsadzką częściową pasami.
W górnictwie solnym i niektórych rudnych można prowadzić również eksploatację z całkowitą ochroną stropu. System ten nie może być stosowany w górnictwie węglowym z uwagi na istniejące warunki geologiczne.
Przy eksploatacji ścianowej w miarę oddalania się czoła ściany od ociosu przecinki (dowierzchni ścianowej ) skały stropowe ulegają samorzutnie zawałowi tworząc gruzowisko jako wynik rozpadu stropu na niewielkie bryły. Gruzowisko to stopniowo spiętrza się, aż wreszcie podpiera wyżej zalegające warstwy stropu - jest to zawał pełny. Powyżej zawału pełnego występuje zawał wysoki, a dalej strefa osiadania.
16. Eksploatacja pokładów grubych
Pokłady grube wybierane są z podziałem na warstwy. Grubość wybierania pokładu lub warstwy wpływa w sposób istotny na technologię eksploatacji. Obecnie grube pokłady węgla wybiera się systemami ścianowymi z podziałem na warstwy (dawniej stosowano systemy komorowe i zabierkowe). Optymalna wysokość ścian zawarta jest w przedziale 2,0 do 3,0 m i z tego też powodu uwzględniono to w podziele pokładów ze względu na grubość.
Wybieranie poszczególnych warstw może się odbywać niezależnie od siebie, może też być prowadzone równocześnie i skoordynowane wybieranie dwu lub więcej warstw. Pokłady grube można dzielić na warstwy równoległe do uławicenia lub też poprzeczne do uławicenia. Przy nachyleniu nie większym niż 35° pokłady dzieli się prawie wyłącznie na warstwy równoległe do uławicenia.
17. Systemy zabierkowe
Wybieranie zabierkowe oznacza wybieranie kopaliny w polu wybierania pewnego rodzaju komorami, zwanymi zabierkami, przy czym zroby likwiduje się dopiero po zakończonym wybieraniu zabierki. Sposób ten nadaje się do wybierania pokładów średniej grubości i grubych. Systemy zabierkowe są systemami krótkofrontowymi. Można je podzielić na: systemy zabierkowe (krótkie zabierki) i systemy długich zabierek.
Wybieranie pośrednie łączy w sobie cechy charakterystyczne dla obu wymienionych wyżej sposobów, np. samo wybieranie odbywa się sposobem zabierkowym, a likwidacja zrobów analogicznie jak przy sposobie ubierkowym ( systemy jankowicki, miechowicki ).
Eksploatacja systemami zabierkowymi może być prowadzona na całą grubość lub na warstwy, z podsadzką lub na zawał. Systemy zabierkowe mogą być stosowane [2]:
w odmianie podłużnej, w której kierunek posuwania się frontu wybierania przebiega po rozciągłości, a przodki zabierek posuwają się po wzniosie lub upadzie,
w odmianie poprzecznej, w której front wybierania posuwa się po nachyleniu pokładu, a przodki zabierek po rozciągłości.
18. Zagrożenia naturalne w zakładach górniczych