Górnictwo - ekonomicznie efektywne wydobywanie kopalin użytecznych po odpowiednim rozpoznaniu geologicznym, przy czym wydobywanie to odbywa się przy pomocy niezawodnych i energooszczędnych maszyn. Dzielimy ze względu na metodę wydobycia: podziemne (węgiel kamienny, rudy metali, sól kamienna i potasowa), odkrywkowe (węgiel brunatny, surowce skalne, siarka), otworowe (ropa naftowa, gaz ziemny, siarka, wody mineralne).
SUROWCE MINERALNE W POLSCE
Kopalina użyteczna - surowiec użyteczny mineralny, ma zastosowanie w gospodarce.
Podział kopalin użytecznych:
- surowce energetyczne (węgle, ropa naftowa, gaz ziemny, uran)
- rudy metali (rudy miedzi, cynku, ołowiu i żelaza)
- surowce chemiczne (sól kamienna i potasowa, siarka, baryty)
- surowce skalne pospolite (piaski, żwiry) oraz wapienie i dolomity
Występowanie kopalin użytecznych w Polsce:
- węgiel kamienny (karbon górny) - zagłębia: dolnośląskie, górnośląskie, lubelskie
- węgiel brunatny - (trzeciorzęd) Bełchatów, Konin, Turów, Łódź, koło Bydgoszczy
- ropa naftowa - Krosno, Jasło, Rzeszów, przedkarpacie
- rudy miedzi - (perm) Polkowice, Lublin-Głogów,
- rudy cynku i ołowiu (trias) - górnośląski okręg przemysłowy
- złoża żelaza - Częstochowa, Suwałki
- złoża siarki - (trzeciorzęd) rejon Tarnobrzegu
- sól kamienna i potasowa - Wieliczka, Bochnia, Kłodawa
- uran - Dolny śląsk
*surowce skalne*
- wapienie i dolomity - wyż. Lubelska, Sandomierska, krakowsko-częstochowska
- gips i anhydryty - niecka nidziańska
- granit - Strzelin, Strzegom
- porfiry i diabazy - koło Krakowa
Metody poszukiwań geologicznych:
- badania geologiczne terenu
- badania geofizyczne
- górnicze roboty poszukiwawcze
- otwory wiertnicze
UDOSTĘPNIANIE ZŁÓŻ I METODY URABIANIA
Minerał - pierwiastek chemiczny lub związek chemiczny powstały w wyniku naturalnych procesów geologicznych, kosmologicznych o określonym składzie i właściwościach i strukturze krystalicznej
Skała - wielo lub jednoskładnikowy zespół minerałów powstały w sposób naturalny.
Skała płonna - skała zalegająca w otoczeniu kopaliny użytecznej, nie ma zastosowania gosp.
Złoże - naturalne nagromadzenie kopaliny, dzielimy na endogeniczne (magmowe, metamorficzne) oraz egzogeniczne (wietrzeniowe, osadowe, diagenetyczne). Kształty:
- żyły i pokłady ( regularne)
- intruzje i gniazda
- słupy
- diapiry
- soczewki
- konkrecja
Pokład - forma złoża przeważnie osadowego o stosunkowo niewielkiej grubości, ograniczona dwoma płaszczyznami.
Strop - płaszczyzna ograniczająca pokład od góry
Spąg - płaszczyzna ograniczająca pokład od dołu
Miąższośc - grubośc pokładu
Nachylenie pokładu - kąt nachylenia pokładu
Linia rozciągłości pokładu - linia stanowiąca przecięcie (wspólną częśc) płaszczyzny spągu lub stropu do płaszczyzny poziomej.
Wznios, upad - kierunek zapadania pokładu względem określonego poziomu
Zaburzenia w zaleganiu pokładu:
- pofałdowania
- uskoki
- zmiany grubości pokładu
- rozszczepienie pokładu
- wymycie pokładu
Urabialnośc - podatnośc skały na oddzielenie jej części od calizny. Pod jej względem skały dzielimy na : sypkie, miękkie, kruche, twarde, bardzo twarde.
Materiały wybuchowe:
- materiały skalne bez zagrożenia metanem mają kolor czerwony
- materiały węglowe mają kolor niebieski
- materiały powietrzne mają kolor kremowy
- materiały powietrzne specjalne mają kolor kremowy z czarnymi paskami
Urabianie odbywa się kombajnami ścianowymi, chodnikowymi, za pomocą materiałów wybuchowych - robót strzałowych, ręcznie.
WYROBISKA GÓRNICZE
Wyrobisko górnicze - pusta przestrzeń powstała w kopalinie użytecznej lub skale płonnej w wyniku prowadzenia robót górniczych. Może byc węglowe, kamienne, węglowo-kamienne.
Podział wyrobisk ze względu na przeznaczenie:
poszukiwawczo-rozpoznawcze (rowy, szybiki, sztolnie)
udostępniające - otwierają dostęp do złoża, istnieje długi okres czasu (sztolnie, dowierzchnie, szyby pochyłe i pionowe, przecznice, przekopy kierunkowe)
przygotowawcze - przygotowanie złoża do jego wybierania, charakter krótkotrwały (chodniki, pochylnie, upadowe, dowierzchnie)
wybierkowe - eksploatacja złoża, krótki okres użytkowania (ubierki, zabierki, komory)
specjalne
Podział wyrobisk ze względu na kształt i przekrój poprzeczny:
- korytarzowe - przekrój poprzeczny mały w stosunku do długości
- komorowe - przekrój poprzeczny duży w stosunku do długości
Rowy poszukiwawcze - stosuje się przy stromym zaleganiu warstw bezpośrednio wychodzących na powierzchnię lub ukrytym pod bardzo cienkim nakładem.
Szybiki poszukiwawcze - wyrobisko pionowe, drążone płytko ok 25m, pokłady cienkie.
Sztolnia - wyrobisko korytarzowe poziome mające jedno wyjście na powierzchnię ziemi. Wykonuje się je dla rozpoznania złóż w rejonach pagórkowatych, gdzie warstwy są stromo pochylone, celów komunikacyjnych i wentylacyjnych.
Przecznica - korytarzowe wyrobisko udostępniające w przybliżeniu poziome, wykonane prostopadle do rozciągłości warstw, w skale płonnej
Przecznica polowa - prowadzona z przekopu kierunkowego służąca udostępnianiu danego pola pokładu. Jest główną drogą transportową dla tego pola.
Przekop kierunkowy – wyrobisko korytarzowe udostępniające drążone w kamieniu równolegle do kierunku rozciągłości pokładu. Służy do transportu.
Szyb - wyrobisko korytarzowe, pionowe, rzadziej pochyłe o głębokości >200m. Łączy powierzchnie ziemi z wyrobiskami. Ze względu na funkcje ma nazwy: zjazdowy, wyciągowy, materiałowy, wentylacyjny, podsadzkowy. W tarczy szybowej są: skipy, dźwigary, przedziały rurowe, obudowa betonowa. Ze względu na wentylację:
- szyb wdechowy
- szyb wydechowy
Upadowa - nachylone wyrobisko korytarzowe drążone w pokładzie łączące chodniki na różnych poziomach, drążone po upadzie, w którym transport urobku odbywa się na wyższy poziom.
Chodnik - wyrobisko korytarzowe, poziome drążone w złożu
Chodnik podstawowy - główny chodnik transportowy na danym poziomie, prowadzony po rozciągłości, dolna granica poziomu wydobywczego.
Pochylnia - nachylone wyrobisko korytarzowe, łączące dwa chodniki na różnych poziomach, drążone po wzniosie.
Model węglowy - pokładowy, mało wytrzymały, mało dróg ewakuacyjnych, węgiel ma skłonnośc do samozapalenia się.
Model kamienny - dużo odpadów, duża wytrzymałośc, brak zagrożenia pożarowego, drogi ewakuacyjne.
Zabierki - są to wyrobiska wybierkowe, powstające przy wybieraniu pokładu krótkimi odcinkami szerokości do 10m, przodek posuwa się od calizny w stronę zrobów.
Komory - podobne do zabierek, bardzo duże wymiary, mozliwośc prowadzenia komór tylko w bardzo mocnych stropach.
Ubierka - powstaje w wyniku wybierania odcinka złoża ograniczonego dwoma chodnikami lub pochylniami, Wybieranie ubierki musi byc uprzedzone wydrążeniem przecinki, czyli chodnika prostopadłego do chodników równoległych, tuż za postępem przodka likwiduje się wybraną przestrzeń z zostawieniem przedziału roboczego.
- ściana - rodzaj ubierki o długości >40m, najczęściej zalecane. Mają przeważnie dł. 200m.
- krótkie ubierki
RODZAJE OBUDÓW
Obudowa górnicza - ogół środków technicznych zapewniających stabilnośc wyrobiska.
Podział obudów we względu na rodzaj wyrobiska:
- obudowa wyrobisk eksploatacyjnych
- obudowa wyrobisk korytarzowych
Podział obudów ze względu na czas użytkowania:
- tymczasowa
- wstępna
- ostateczna
Podział obudów ze względu na kształt:
- prosta
- kołowa
- łukowa
Podział obudów ze względu na możliwośc odkształcania:
- sztywna, gdzie ciśnienie jest stałe
- podatna, gdzie ciśnienie zmienne
Podział obudów ze względu na oddziaływanie na górotwór:
- odgradzająca
- podpierająca
- izolująca
- kotwiąca
Podział obudów ze względu na materiał:
- drewniania
- kamienna (murowa, ceglana, z materiałów prefabrykowanych, stalowa, mieszana)
Obudowa drewniana - stosowana w krótkotrw. wyrobiskach korytarzowych. Ma krótką trwałość, łatwa do obróbki, lekka. Odrzwia składające się z stropnicy i stojaka połączonych wiązaniami:
- wiązanie polskie (dobrze wytrzymuje ciśnienie pionowe)
- wiązanie szwedzkie
- wiązanie niemieckie (dobrze wytrzymuje ciśnienie boczne
Kaszty - rodzaj obudowy drewnianej, stos stanowiący podporę stropu, charakteryzuje sie dużą podpornością.
Obudowa metalowa - wyróżniamy podatną ŁP i sztywną. Duża masa, wytrzymałość.
Obudowa sztywna – stosowana w skałach nie narażonych na duże ciśnienia dynamiczne. Odrzwia składają się z stalowych stojaków i stropnic połączonych za pomocą kątowników i śrub.
Obudowa podatna – stosowana w skałach narażonych na ciśnienia dynamiczne, odporna na tąpnięcia. Przekrój wyrobiska w obudowie podatnej zmniejsza się przy dużym obciążeniu wskutek skracania się poszczególnych elementów obudowy. Odrzwia składają się z:
- dwóch łuków ociosowych – profile: korytkowe i V
- łuku stropnicowego oraz strzemion
- okładziny: drewniane, żelbetowe, stalowe (siatki i MM)
- rozpory
Obudowa kotwiowa - żerdzie stalowe za pomocą których spina się warstwy stropowe. Mocuje się je w odwierconym otworze, na nagwintowany koniec nakłada się stalową płytę, następnie dokręca, niekiedy przed nałożeniem płyt strop opina się siatką stalową. Kotew przypina mało wytrzymałe warstwy do skał mocnych. Wyróżniamy:
- o utwierdzeniu punktowym
- o utwierdzeniu ciągłym
Obudowa kamienna - wykonana z cełgy, żelbetonu, betonu.
Obudowa ceglana:
- zwornik
- sklepienie
- wezgłowie
- mur ociosowy
- fundament
Obudowa torkretowa - betonowo - natryskowa
Obudowy ściany:
- obudowa drewniana podłużna (stropnice równolegle do ściany) i poprzeczna (prostopadle)
- obudowa metalowa indywidualna (stojaki cierne, hydrauliczne i stropnice zwykłe i członowe[w zakos, linie, trójkąt])
- kaszty metalowe
Obudowa zmechanizowana - w miarę postępu przodku przesuwa się i umożliwia szybkie zabezpieczenie stropu, wykonanie zawału po jej przesunięciu, urabianie calizny węglowej i odstawę urobku. Funkcje:
- rozparcie między stropem a spągiem
- podtrzymanie stropu
- rabowanie
- przesuw do nowego pola
- przesuwanie przenośnika
Podział obudów zmechanizowanych:
- podporowe
- podporowo osłonowe
- podporowo kasztowe
- osłonowe
- specjalne
Obudowa zabierek - stanowią stropnice zabudowane równolegle do czoła zabierki, podparte na stojakach drewnianych.
CIŚNIENIE GÓROTWORU
Ciśnienie górotworu - Jest to stan napięcia w górotworze wywołany ciężarem warstw nadległych. Wyróżniamy pierwotne i wtórne (eksploatacyjne)
Ciśnienie eksploatacyjne - Jest to koncentracja naprężeń w wybieranej warstwie bezpośrednio przed frontem eksploatacji, wywołana naruszeniem równowagi w górotworze wskutek eksploatacji. Działa nie tylko na caliznę w samym przodku, lecz rozciąga się w głąb górotworu, przechodząc stopniowo do wartości ciśnienia pierwotnego.
Strefa odprężona - wskutek wydrążenia w skałach wyrobisk powstają w pobliżu zwiększone naprężenia. Sprawia to, że skały otaczające go po przekroczeniu granicy wytrzymałości zaczynają pękać rysować się i załamywać, wskutek czego uwalniają się one od zbyt dużych naprężeń i uzyskują możliwość rozprężenia się w kierunku pustej przestrzeni. W ten sposób dokoła utworzonego wyrobiska tworzy się strefa odprężona.
Ciężar właściwy skał - ciężar jednostki objętości bez pustych przestrzeni (porów i szczelin), wyrażony w N/m3.
Ciężar objętościowy skał - masa jednostki objętości wyrażona w kN/m bez pustych przestrzeni. Wyrażony w N/m3
Wytrzymałośc skał na ściskanie - czyli odporność na zgniatanie.
WZORY:
SYSTEMY EKSPLOATACJI WĘGLA KAMIENNEGO
Wybór systemu wybierania zależy od:
- kształtu i grubości złoża (powyżej 4m pokład dzieli się na warstwy)
- nachylenia pokładu i głębokości zalegania
- własności skał otaczających pokład
- ochrony powierzchni
Systemy wybierania pokładów węgla wg sposobu wybierania:
- ubierkowe (systemy ścianowe, ubierkowo-filarowe, ubierkowo-zabierkowe)
- zabierkowe (filarowo-zabierkowe, długich zabierek, komorowe)
- komorowe
Systemy wybierania pokładów węgla wg kierunku posuwania się frontu wybierania względem rozciągłości:
- podłużny - posuwanie się frontu wybierania równolegle do rozciągłości
- poprzeczny - posuwanie sie frontu wybierania prostopadle do rozciągłości
- przekątny - posuwanie się frontu wybierania przekątnie do rozciągłości.
Systemy wybierania pokładów węgla wg sposobu kierowania stropem:
- z ochroną stropu
- z zawałem stropu
- z ugięciem stropu
Kierunki prowadzenia eksploatacji:
- od pola (lepiej)
- do pola
Ścianowe systemy wybierania - duża mechanizacja, wysoka wydajnośc, mniejszy koszt wydobycia, małe straty urobku, mała ilośc robót przygotowawczych, mniejsze zagrożenie tąpaniami i pożarami.
System ścianowy podłużny z zawałem stropu - dieli się na piętra, które wybiera się ścianami, od pola bądź do pola. Towarzyszą: chodniki przyścianowe, pochylnie, przecinki. Stosuje przy pokładach poziomym i o małych nachyleniach.
System ścianowy poprzeczny z zawałem stropu - po wzniosie lub upadzie, wybiera się je parami, gdzie czoła są od siebie przesunięte o ok 15m. Duże nachylenia pokładu.
System ścianowy z podsadzką hydrauliczną - stropy 3 klasy, pokłady zalegające wyżej, grube pokłady, pokłady o dużej skłonności do samozapalania sie.
System ubierkowo - filarowy - długośc przodka < 50m, wybieranie resztek pokładów.
System pośredni ubierkowo - zabierkowy:
- system jankowicki - małe nachylenia
- system miechowicki - duże nachylenia
System zabierkowy - krótkich bądź długich zabierek, urabianie metodami strzelniczymi, likwidacja po całkowitym wybraniu, poprzez rabowanie obudowy.
Rodzaje stropu:
- bezpośredni - załamuje się po usunięciu obudowy
- zasadniczy - załamują się blokami lub osiadają na zawale str. bezpośr.
Podział skał stropowych i spągowych:
- kruche
- sztywne
- plastyczne
Klasyfikacja skał stropowych wg Budryka:
- 1 klasa - w stropie bezpośrednim zalegają skały kruche o miąższości 5kr. grubosci pokladu
- 2 klasa - w stropie bezpośrednim zalegają skały kruche o miąższości < niz 5kr grub pokładu
- 3 klasa - strop zbudowany ze skał mocnych, stosuje się podsadzkę suchą lub hydrauliczną
- 4 klasa - zalegają warstwy skał plastycznych, które mają zdolnośc do uginania się.
Klasyfikacja skał spągowych:
- klasa 1 - warstwy skał słabych, mających skłonnośc do spełzania
- klasa 2 - warstwy skał mocnych
- klasa 3 - warstwy skał plastycznych, pęcznięjących i łatwo wyciskanych do wyrobiska.
Sposoby kierowania stropem:
- wywoływanie pełnego zawału, powodującego wypełnienie pustki i podparcie skał wyższych
- wywoływanie częściowego zawału tworzącego częściowo podsadzkę naturalną
- osiadanie uginającego się stropu lub spągu pokładu
- podtrzymywanie stropu podsadzką suchą lub hydrauliczną
ZAGROŻENIA NATURALNE
METAN
Kategorie zagrożeń metanowych:
1) 0,1- 2,5 m^3 metanu w przeliczeniu na czystą substancję węglową
2) 2,5 - 4,5
3) 4,5 - 8
4) >8
Dopuszczalne stężenie metanu 2%
Przedział wybuchowości 5 - 15 %, najbardziej 9,5%
Kopalnia metanowa - chociaż w 1 wyrobisku stwierdzono 0,1% metanu
Zwalczanie metanu:
- przewietrzanie i wentylacja
- wskaźniki: mieszek Wegera, pipeta do pobrania powietrza, anemometr
- odmetanowienie
- odcięcie dopływu metanu
POŻARY
- endogeniczne (samozapalenie węgla)
- egzogeniczne (maszyny itp.)
Metody gaszenia:
- aktywne (gaszenie)
- pasywne (tamowanie)
Przeciwdziałanie:
- niepalne obudowy
- tamy bezpieczeństwa
- przeciwpożarowe rurociągi
- odpowiedni system wybierania
- tamowanie zrobów
PYŁ WĘGLOWY
Wybuchowośc:
- powyżej 12% części lotnych (30-35% najbardziej wybuchowy)
- rozdrobnienie pyłu (średnica < 1mm)
- odpowiednie stężenie (50-1000 g pyłu na m^3 powietrza)
- czynnik wzbijający pył
- czynnik zapalający
Przeciwdziałanie:
- nawilżanie węgla
- środki pozbawiania lotności
- środki zapobiegające rozprzestrzenianiu się pyłu
- półka zawieszona przy stropie z pyłem kamiennym lub wodą.
TĄPANIA
Stopnie zagrożeń - małe, średnie, duże.
Rodzaje:
- stropowe
- spągowe
- pokładowe
Przyczyny:
- naturalna zdolnośc skał do tąpań
- głębokośc zalegania złóż
- budowa geologiczna
- koncentracja naprężeń w resztkach złoża
- nadmierny posuw przodków wybierkowych
- osłabienie calizny węglowej
Przeciwdziałanie:
- wcześniejsza eksploatacja pokładu rozprężającego
- sposób eksploatacji
- czyste wybieranie złoża
GAZY
- metan (dop. 2%) wydziela się z górotworu, bezbarwny i bezwonny, wybuchowy, ogranicza zawartośc tlenu
-dwutlenek węgla (1%) pochodzi z oddychania, spalania, bezbarwny i bezwonny, duszący, mało trujący
- tlenek węgla (0,002%) wydziela się z pożarów, gazów postrzałowych, silników, bezbarwny i bezwonny, bardzo trujący, śmiertleny.
- tlenki azotu - (0,00025%) gazy postrrzałowe, silniki, żółtobrązowy, drażniący zapach, silnie trujący
- dwutlenek siarki - (0,0007%) utlenianie gazów mających siarkę, bezbarwny, drażniący zapach, trujący
- siarkowodór - (0,0007%) rozkład minerałów zawierających siarke, bezbarwny, zapach zgniłych jaj, trujący
WODA
Zagrożenie - bezpośrednie i pośrednie
Zwalczanie:
- tamy wodne, filary ochronne
- znajomośc układu hydrologicznego
- otwory badawcze i drenujące
WYRZUTY GAZÓW I SKAŁ
ZAWAŁY
NATURALNE SUBSTANCJE PROMIENIOTWÓRCZE
PRZEWIETRZANIE KOPALŃ
Szyby wdechowe - powietrze wpływa, odbywa się zjazd ludzi i przewóz urobku
Szyby wentylacyjne i wydechowe - system ssący
Wentylatory kopalniane - promieniowe, osiowe
Tamy:
- izolacyjne - służą zamknięciu wyrobisk stale lub czasowo
- oddzielające - oddzielenie prądu świeżego powietrza od zużytego
- regulacyjne - regulacja natężenia przepływu powietrza
Węzeł - punkt gdzie schodzą się bądź rozchodzą 2 różne prądu powietrza
Prąd niezależny - świeże powietrze oddzielające się od innego prądu i po opłynięciu wyrobiska łączy się z innym prądem.
Prąd świeżego powietrza - doprowadzone do wyrobiska, opływa go i łączy się z zużytym.
ODZIAŁYWANIE GÓRNICTWA NA ŚRODOWISKO
Deformacja ciągła - niecka obniżeniowa
Deformacja nieciągła - zapadliska, osuwiska, wyjątrzenia, uskoki, szczeliny, garby
Wskaźniki deformacji - osiadania,nachylenia, przesunięcia i odkształcenia poziome
ELEMENTY EKSPLOATACJI RUD MIEDZI
- obudowa kotwiowo siatkowa
- podsadzka hydrauliczna lub ugięcie skał stropowych
- samojezdne wozy wiertnicze i odstawcze, przegubowe
- urabianie za pomocą robót strzałowych
- system komorowo - podporowy
TRANSPORT KOPALNIANY
Ciągnienie - transport szybami
Przewóz -transport kołowy
Odstawa - przenośniki: wstrząsowe rynny, zgrzebłowe, taśmowe
ODKRYWKI
Eksploatacja stokowa - rodzaj wzgórza
Roboty strzałowe - urabianie surowców skalnych
Ładowanie - samochodami
Maszyny: koparka łańcuchowa, taśmociągi, zwałowarki, przenosniki samojezdne
Udostępnianie złoża dla odkrywek - przy pomocy wkopów, wyrobisk podziemnych.
Eksploatacja ze względu na rodzaj:
- jednostronna
- dwustronna
Eksploatacja ze względu na zaleganie złoża:
- wgłębna
- ubierka
Systemy eksploatacji:
- ścianowe
- ubierkowe