I. Роль и значение горного производства

I. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА

Во все времена и эпохи, на всех этапах развития человечество было связано с горным производством, а профессия горняка-добытчика всегда было необходимой и почетной. Не случайно целые исторические эпохи были названы по названию орудий труда, добытых и сделанных человеком. Производили люди каменные орудия – целая эпоха названа каменным веком. Другие эпохи также носят названия орудий труда.

Современная археология не случайно делит человеческую историю на каменный, бронзовый и железный века. Античные поэты, например, греческий поэт Овидий, делят историю на золотой, серебряный, медный и железный века. Железный век, начавшийся в ХII-ХШ веках до новой эры, принес с собой все основные достижения цивилизации.

Таким образом, все основные эпохи в истории человечества носят названия орудий труда и других средств производства, созданных из руд и горных пород, добытых горняками.

Горное производство всегда было основой экономического и военного могущества народов и государств. Еще 25-30 веков назад для поддержания могущества древнего города Карфагена работали 60 тысяч горняков. В Древнем Египте работала не одна сотня тысяч горняков. Знаменитые пирамиды – это следы деятельности древних египетских горняков. Еще в Ш веке до н.э. воздвигнута рукотворная гора- пирамида Хеопса высотой 150 м. И, конечно, уже в те времена добывалось большое количество полезных ископаемых.

С тех далеких времен объемы горных работ возросли многократно, приблизительно пропорционально росту народонаселения Земли. Как известно, примерно 7-9 тыс. лет назад население Земли не превышало 1—12 млн. человек, 3 тыс. лет назад оно увеличилось до 150 млн. На рубеже новой эры, т.е. 2 тыс. лет назад, оно стало равным примерно 500 млн., в середине 19 века был пройден миллиардный рубеж, к 1952 году землян было уже 2,5 млрд. (т.е. за 100 лет их число выросло в 2,5 раза), сейчас их уже больше 4 млрд. (4,334 млрд. в 1979 г.), а к 2000 году уже будет более 6 млрд. человек (по данным ООН 6,5-6,7 млрд.). Соответственно росли и будут расти и потребности в полезных ископаемых. Как показывают расчеты, темпы роста материального производства были еще более высокими, чем темпы роста народонаселения. Если сейчас (в период с 1950 по 1978 гг.) население Земли увеличивается на 2,3 % в год, а в России примерно на 1 %, то добыча полезных ископаемых растет в мире примерно на 4 %, а в России на 7-8%. Удвоение горной продукции мира происходит каждые 16-18 лет, в нашей стране каждые 10-12 лет. Население мира удваивается за 44 года, у нас в стране более чем за 100 лет (с 1913 г. по1975 г. оно выросло с 159 млн. до 253 млн.).

В наше время, как и в прошлые века, горное производство также является основой материальной жизни общества. Пожалуй, даже в большей степени, чем в прошлом. Горные разработки ведутся в самых различных отраслях народного хозяйства, как на добыче полезных ископаемых, так и на других объектах. Таких отраслей порядка 35.

Прежде всего наша горная промышленность добывает огромное количество самых разнообразных полезных ископаемых.

Все добываемые полезные ископаемые можно разделить на следующие виды:

1. Горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, торф, сланцы, газ). Эти ископаемые добываются предприятиями Министерства угольной промышленности и газовой промышленности РФ и др.

2. Руды цветных металлов (медные, полиметаллические, никель-кобальтовые, алюминиевые, титано-магниевые, свинцово-цинковые, оловянные, ртутно-сурьмяные, вольфрамо-молибденовые, руды золота, платины, ванадия и др.).

3. Руды редких, радиоактивных и редкоземельных металлов (урановые, золото-урановые, литиевые, бериллиевые, иттриево-ториевые, германиевые, ниобий-танталовые, висмутовые и др.). Руды драгоценных камней (алмазов, изумрудов, аметистов и др.).

Руды второй и третьей групп добываются предприятиями Министерства цветной металлургии РФ и некоторыми другими предприятиями.

4. Руды черных металлов (железные, хромитовые, марганцевые, железо-ванадиевые и т.п. Месторождения этой группы разрабатываются рудниками и карьерами Министерства черной металлургии РФ.

5. Руды горно-химического сырья (апатитовые, апатито-нефелиновые, фосфоритовые, серные, соли калиевые, калиево-магниевые, натриевые и т.п.). Месторождения этих руд разрабатываются предприятиями Министерства химической промышленности РФ.

6. Строительные материалы (щебень, камень, глина, песок, слюда, асбест, цементное сырье, отделочный камень, пильный ракушечник, известняк, удобрения и т.п.) добываются горными предприятиями Министерства промстройматериалов РФ.

7. Соль поваренная добывается предприятиями Министерства пищевой промышленности РФ.

В горнодобывающих отраслях занято около 4,5 млн. человек или 4 % от всего состава трудящихся, в том числе около 100 тыс. горных инженеров. В геологии РФ работают еще около 500 тыс. человек, в том числе около 40 тыс. инженеров-геологов и горняков.

Кроме добычи полезных ископаемых огромный объем горных работ выполняется строителями железных дорог, тоннелей и мостов, канализаций, гидротехнических сооружений, сооружений оборонного и стратегического назначения и т.д. Резко растет объем подземных сооружений. Все больше в горных выработках размещается промышленных объектов, складов, хранилищ, заводов и т.д. Еще до второй мировой войны в мире было 820 подземных объектов особенно в Германии, в том числе подземный завод ФАУ-1, где работали 43 тыс. рабочих.

В настоящее время в мировой практике имеется опыт создания огромных подземных сооружений. Под Москвой создано хранилище для газа емкостью 15 млрд.м³. В Санкт-Петербурге также создано большое газохранилище. Имеется опыт создания камер шириной до 150 м и длиной в несколько сот метров.

Горючие полезные ископаемые являются не только основой энергетики, но и сырьем для целого ряда отраслей промышленности. Около 9 % ныне получаемой энергии вырабатывается за счет ископаемого горючего и 3-4 % за счет гидроресурсов. Сейчас в мире ежегодно более 2 т условного топлива на человека. У нас в стране около 6 т/чел, в США 11,3 т/чел.

Горное производство является основой материальной жизни общества, основой для развития всех без исключения отраслей народного хозяйства. Широко известна популярная фраза В.И. Ленина о том, что уголь – это настоящий хлеб промышленности. И это действительно так. Не менее важной «пищей» как для промышленности, так и для сельского хозяйства являются руды черных, цветных и редких металлов, горно-химическое сырье, строительные материалы и другие полезные ископаемые, добываемые горняками. Значение этих полезных ископаемых для народного хозяйства огромно. Как известно, руды черных металлов являются сырьем для производства основных конструкционных материалов, и вместе с другими рудами и строительными материалами составляют основу развития всей промышленности, строительной индустрии, транспорта и сельского хозяйства. Горнохимическое сырье является основой повышения плодородия земли. Из различных черных, цветных и редких металлов создается надежный щит нашей страны – вооружение для Российской Армии. Большое количество полезных ископаемых (примерно 10 %) является предметом экспорта нашей страны и т.д. Полезные ископаемые составляют 70 % экспорта нашей страны и являются, таким образом, главной основой для развития внешней торговли. Из руд цветных и редких металлов извлекается все больше новых ценных компонентов, используемых в атомной энергетике, электронике, ракето- и самолетостроении, космонавтике и т.д.

Дальнейший технический прогресс базируется также на полезных ископаемых, добываемых горняками. Постоянно растет количество извлекаемых из руд полезных компонентов.

Каждый из полезных компонентов, даже подчас добываемый в небольшом количестве, имеет совершенно уникальное значение в силу необходимости его для народного хозяйства. Возьмем, к примеру, такой малый металл, как сурьма. Его производят у нас в России всего на одном горно-металлургическом предприятии, сравнительно небольшом по масштабам. Однако трудно даже представить себе масштаб последствий, если бы в стране вдруг не стало этого металла, который является основным материалом при производстве аккумуляторов, типографских шрифтов, подшипников, спичек и т.д.

Очень широкое применение находят сейчас краски на основе сурьмы, позволяющие ликвидировать обрастание подводных частей кораблей ракушками. Сурьма является также основой пиротехники, поэтому она широко применяется в космической технике, в военной и т.д. Без сурьмы остановились бы все виды транспорта, прекратила бы работу печать, не стало бы привычных для нас спичек и т.д. Она широко применяется в резиновой промышленности и электротехнике, в ракетной технике, медицине и других отраслях народного хозяйства.

Не менее важны десятки и сотни других полезных ископаемых, добываемых горняками. Без алюминия и титана у нас не было бы самолетов и космических кораблей, без рубидия и цезия – телевидения и т.д. и т.п.

Хром, никель, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий являются важнейшими легирующими добавками при производстве сталей, металлокерамики, жаропрочных, кислотоупорных сплавов и т.д. Вольфрам и молибден применяются в ракетостроении, ядерной энергетике, электротехнике и т.д., никель – в ракетостроении, атомной промышленности, телемеханике, электронной технике и т.д.

Исключительное значение в черной металлургии имеет марганец, который входит в состав почти всех сортов чугуна и стали.

Олово используется для производства белой жести, баббитов, бронзы и др.

Амфиболовые и хризотил-асбесты широко в текстильной и химической промышленности, в ракетостроении, электропромышленности и строительстве.

Апатиты и фосфориты используются для производства фосфорных минеральных удобрений, сера – для производства серной кислоты, в целлюлозно-бумажном производстве, в производстве взрывчатых веществ, в резиновой промышленности.

Слюды (флогопит и мусковит) применяются в электропромышленности, авиации, радиоэлектронике и т.д.

Добывающая промышленность требует весьма крупных капитальных, материальных и трудовых затрат. В ней сейчас занята пятая часть всех капиталовложений и около 15 % промышленных рабочих. Капиталоемкость и трудоемкость продукции в добывающей промышленности в 3-4 раза выше, чем в обрабатывающей.

Минеральное сырье у нас в стране является основой для работы большинства отраслей народного хозяйства, за счет его удовлетворяются также число жизненно необходимых потребностей населения (пищевых, бытовых и т.п.).

 

НАПРАВЛЕНИЯ

Новочеркасский (б. Донской) ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени Серго Орджоникидзе был официально открыт 5(18) октября 1907 года в составе горного, химического, инженерно-мелиоративного (первого в России) и механического факультетов. Занятия в институте начались 10(23) октября 1907 года, было принято 150 человек по жребию, из них половина «коренного» казачьего населения Донской области. В 1910 году прием был увеличен до 200 человек. С 1912 года зачисление в институт начали производить по конкурсным экзаменам. В 1912 году инженерно-мелиоративный факультет был реорганизован в сельскохозяйственный, который в 1918 году был разделен на инженерно-мелиоративный и сельскохозяйственный.

В первые годы аудитории, лаборатории и учебные кабинеты размещались в семи зданиях в разных частях города, т.к. институт не имел собственных учебных корпусов.

В 1917 году был сдан в эксплуатацию один химический корпус. Строительство остальных учебных корпусов было завершено уже при Советской власти в 1924-1930 гг. За период с 1907 по 1917 гг. из принятых в институт 2028 студентов окончили 297 или всего лишь 14,7 %. В дореволюционный период в институте существовал устав, самый реакционный в России. Женщины в институт не принимались. Запрещалось заниматься попечительством и благотворительными делами (выдачей стипендий, пособий, устройством столовых и т.д.). Студентам было строжайше запрещено проводить какие-либо совещания, собрания, организовывать взаимопомощь. Однако уже в тот период, несмотря на всевозможные запреты, слежки и надзоры, в Донском политехническом институте развивались социал-демократические идеи, носителями которых были прогрессивные преподаватели и студенты. Первое организационное собрание студентов социал-демократов института состоялось 23 ноября 1907 года, а в 1909 г. организация РСДРП уже насчитывала около 30 человек.

Довольно длительное время (с 1 августа 1908 г. по 3 сентября 1913 г.) в институте работал видный профессиональный революционер, инженер-технолог по образованию Ф.В. Ленгник. Еще на II съезде РСДРП (1903 г.) Ф.В. Ленгник был избран членом ЦК РСДРП. Новочеркасский период жизни Ф.В. Ленгника был насыщен учебной, научной и большой революционной деятельностью. Будучи одним из ведущих ученых и преподавателей ДПИ Ф.В. Ленгник часто выезжал в высшие технические учебные заведения Москвы, Петербурга и Киева, чтобы ознакомиться с постановкой преподавания. Эти командировки Ф.В. Ленгник использовал для партийной работы, для установления связей с товарищами по партии. Через Г.М. Кржижановского Ф.В. Ленгник получал письма от В.И. Ленина. В 1909 году Ф.В. Ленгник выезжал в Берлин и Париж, где встречался с В.И. Лениным и другими большевиками, находящимися в эмиграции.

В 1912 г. Ф.В. Ленгник, будучи членом оргкомитета сельскохозяйственной выставки, использовал работу на ней для установления связей с широкими массами трудящихся, что выступал перед ними. В городской читальне им и многими другими профессорами преподавателями НПИ было организовано чтение популярных лекций для населения города. Часто здесь выступал деятель революционного движения, впоследствии (1932 г.) почетный член АН СССР Н.А. Морозов.

Морозов Николай Александрович (1854-1946 гг.) – видный русский революционер, активный член обществ «Земля и воля» и «Народная воля». В 1881 г. за революционную деятельность был арестован и приговорен царским судом к смертной казни, которая была заменена пожизненным заключением в Шлиссельбургской крепости, из которой он был освобожден в 1905 году. С 1917 года, после Великой Октябрьской социалистической революции он – директор естественно-научного института им. Лесгафта. Автор трудов по химии, астрономии и математике, истории, в том числе труда «Периодические системы строения вещества», в котором он существенно развил теорию Менделеева.

Деятельность этих видных революционеров и организации РСДРП привела к активизации студенческого антиправительственного подъема. Особенно активизировалась революционная деятельность студентов и преподавателей ДПИ в годы революционного движения. В 1912-1913 гг. более 20 ведущих профессоров и доцентов демонстративно покинули институт в знак протеста против реакционного устава. В последующие годы большую роль в развитии революционного движения в институте и г. Новочеркасске сыграл студент горного факультета Виталий Филиппович Ларин, член партии большевиков с 1914 года. В 1916 г. В.Ф. Ларин стал руководителем большевистской организации города. В период гражданской войны на Дону (1918-1920 гг.) передовая часть студенчества была связана с большевиками и в 1920 году после окончательного установления Советской власти на Дону в институте была создана большевистская партийная организация.

В 1922 г. сельскохозяйственный факультет ДПИ был выделен в самостоятельный Донской институт сельского хозяйства и мелиорации. В 1929 г. в ДПИ были открыты два новых факультета: авиационный и сельскохозяйственного машиностроения.

В 1930 г. Донской политехнический институт был разделен в 7 отраслевых вузов: геологоразведочный, химико-технологический, авиационный, энергетический, химико-технологический, авиационный, энергетический, механический, инженеров коммунального хозяйства, сельскохозяйственного машиностроения. Три из них функционировали недолго. Институт сельскохозяйственного машиностроения был переведен в Ростов-на-Дону, часть горняцких специальностей в Днепропетровский горный институт, часть – в г. Орджоникидзе, где был создан Северо-Кавказский горно-металлургический институт. В 1933 г. геологоразведочный, химико-технологический и энергетический отраслевые институты были объединены в один Северо-Кавказский индустриальный институт, а в 1934 году в его состав был включен отраслевой институт инженеров коммунального строительства, на базе которого был образован строительный факультет.

В 1934 году Северо-Кавказский индустриальный был переименован в Новочеркасский индустриальный институт, а 23 мая этого же года ему было присвоено имя Серго Орджоникидзе.

Огромную роль в жизни и развитии института, как и всей высшей школы, сыграло Постановление ЦК ВКП(б) о Новочеркасском индустриальном институте, принятое 6 октября 1934 года. Выполняя это постановление, коллектив института проделал большую работу по улучшению учебной, методической, научной и политико-воспитательной работы, а также по укреплению материальной базы. Контингент студентов института увеличился до 2,5 тыс. чел. Значительно возрос выпуск специалистов, который перед Великой Отечественной войной достиг более 600 человек в год. В период Великой Отечественной войны преподаватели, студенты, рабочие и служащие НПИ проявили высокий патриотизм. Большая часть коммунистов института и почти 70 % комсомольцев ушли на фронт в первые же дни войны. Многие из них проявили мужество и героизм, защищая социалистическую Родину, они были награждены орденами и медалями. Среди них студенты института Герои Советского Союза Галина Петрова и Борис Гильдунин.

После освобождения г. Новочеркасска от немецко-фашистских захватчиков, временно оккупировавших город, коллектив НПИ сразу же приступил в восстановлению института, которому был нанесен большой материальный ущерб. Однако благодаря постоянной заботе партии и правительства институт быстро ликвидировал последствия войны.

В 1948 году Новочеркасский индустриальный институт был переименован в Новочеркасский политехнический. В 1957 году, к 40-й годовщине Великой Октябрьской социалистической революции и пятидесятилетию своей деятельности НПИ уже превратился в один из наиболее крупных вузов страны, в нем обучались около 7 тыс. студентов. За сорок лет для народного хозяйства страны было подготовлено около 17 тыс. инженеров.

17 октября 1957 года в связи с пятидесятилетием со дня основания, за заслуги в деле подготовки инженерных кадров для народного хозяйства Новочеркасский политехнический институт имени Серго Орджоникидзе указом Президиума Верховного Совета СССР был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

В последующие годы НПИ продолжал успешно развиваться.

Еще один горный факультет с вечерним и заочным отделениями базируется в г. Шахты с тремя горняцкими специальностями. Кроме этого на горно-геологическом факультете готовятся горные инженеры-геологи и гидрогеологи. В общей сложности в НПИ обучается около 1,2 тыс. студентов-горняков-геологов.

Огромный коллектив института управляется ректоратом в составе ректора, проректора по учебной работе, проректора по научной работе и проректора по АХР. В заседании ректората обычно принимают участие деканы – руководители факультетов. Деканы выполняют все работы по руководству факультетами, которые в свою очередь представлены кафедрами. На факультетах руководство осуществляют деканат, профком, специальности, курса и каждой группы.

Для обсуждения крупных вопросов имеется ученый совет, в котором около 60 членов. Факультетские дела обсуждаются на факультетских ученых советах, кафедральные - на заседаниях кафедры.

Для руководства работой каждой студенческой группы и осуществления воспитательной работы выбираются кураторы групп из числа преподавателей.

ОСНОВНЫЕ ГОРНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ. СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ.

ПАРАМЕТРЫ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

Прежде чем знакомиться с основами горного производства и, в частности, со способами разработки, с параметрами горных предприятий необходимо рассмотреть некоторые общие понятия и термины, без знания которых дальнейшее изучение будет затруднено.

Горнодобывающие предприятия, в частности, подземные рудники - это предприятия, которые ведут разработку рудных месторождений – естественных скоплений в земной коре полезных ископаемых (руды). Руда – это природное минеральное вещество, которое при современном уровне техники экономически выгодно добывать из недр для использования его в народном хозяйстве (извлечения из него полезных компонентов). В качестве полезных компонентов руд могут быть как различные металлы (железо, хром, марганец, титан, алюминий, золото, медь, цинк, свинец, серебро, никель, кобальт, ванадий, вольфрам, молибден, уран и др.), так и неметаллы (апатиты, фосфориты, сера, гипс, барит, графит, плавиковый шпат, слюда, асбест и т.д.). Руда и полезные компоненты понятия экономические.

В отличие от руды пустая порода не содержит полезных компонентов или содержит их в степени недостаточной для эффективной добычи и использования в настоящее время. Со временем некоторые породы могут стать рудой, поскольку с течением времени в эксплуатацию вовлекаются все новые минералы и все более бедные полезными компонентами руды.

Качество и, соответственно, ценность руд определяется содержанием в них полезных компонентов и их свойствами извлекаться при переработке руд. По качеству делятся руды на богатые, бедные и забалансовые.

В процессе добычи руда перемешивается в некоторой степени с пустыми породами (разубоживается ими) и получается рудная масса – совместно выданные на поверхность руда и порода.

Горная масса – это выданные на поверхность рудная масса и порода (от проходки выработок). Успешность (эффективность) добычи руд во многом зависит не только от ценности руд, но и от особенностей месторождения, его параметров (мощности, длины и глубины распространения), формы (пластовой, пластообразной, столбообразной, штокообразной, жильной, гнездообразной, штокверковой), условий залегания (угла падения, угла склонения, горно-геологических нарушений, характера контактов руды и породы), экономико-географического расположения и т.п. факторов.

По мощности рудные месторождения делят на очень тонкие (менее 0,7 м), тонкие (0,7-2 м), средней мощности (2-5 м), мощные (5-15-20 м), очень мощные (более 20 м). По углу падения делят на горизонтальные и пологие (0-25-30⁰), наклонные (30-45⁰), крутопадающие (45-90⁰).

Руды и породы месторождений по крепости делят на 20 разновидностей по шкале проф. М.М. Протодьяконова, первая с прочностью на сжатие до 9806,65 кПа, последняя – 20-я – до 20х9806,65 кПа и более.

По устойчивости руды и породы делятся на: 1) очень неустойчивые (плывуны, сыпучие, рыхлые), совсем не допускающие обнажения кровли и боков выработки; 2) неустойчивые, допускающие небольшое обнажение, но требующие немедленного его закрепления; 3) средней устойчивости, допускающие обнажение на сравнительно большой (4-10 м²) площади, но при длительном обнажении требуют закрепления; 4) устойчивые, которые допускают обнажение кровли и боков на большой площади (100-200 м²) и нуждаются в поддержании только в отдельных местах; 5) очень устойчивые (обнажения до 1000 м² и более), которые могут стоять в течение многих лет без крепления. В горнорудной промышленности преобладают породы 3-5-й групп, в угольной – в основном 2-й, иногда 1-1. Устойчивостью, а также формой залежей, в основном и определяются различия в характере горных работ на рудниках и шахтах.

Рудник - это горное предприятие, осуществляющее разработку месторождения в пределах отведенного для него участка (горного отвода), состоящее из одной или нескольких производственных единиц – шахт, карьеров и поверхностных цехов. Шахта или карьер выполняют добычу на отдельных участках месторождения.

Основная часть полезных ископаемых (70 %) добывается в России рудниками с прогрессивным открытым способом (карьерами), когда месторождения вскрываются и разрабатываются по мере удаления налегающих так называемых вскрышных пород. Примерно 30 % общего объема руд и угля добывается подземным способом, когда к месторождению подводятся специальные выработки (стволы шахт, квершлаги, штреки и т.д.). Небольшой объем добычи осуществляется геотехнологическими способами (выщелачиванием, возгонкой, растворением, расправлением) через скважины (сера, уран, медь, бишофит, каменные соли и др.). В последнее время развивается подводная добыча со дна морей и океанов в шельфовой зоне. Но пока ее удельный вес очень мал.

В целом направление на преимущественное развитие открытых горных работ является в ряде случаев совершенно правильным, так как открытый способ имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Это прежде всего более высокий уровень производительности труда (в 4-6 раз больше, чем на подземном) и безопасности работ (травматизм тоже в 5-6 раз меньше, чем на подземном), а в ряде случаев более полное использование запасов месторождений. Открытый способ будет и дальше развиваться высокими темпами. В ближайшие 15-20 лет согласно прогнозу академика Н.В. Мельникова крупнейшие карьеры цветной металлургии достигнут годовой производительности 15-18 млн. м³ по горной массе, а железорудные – 20-40 млн. т/год по руде.

Часть месторождения, предназначенная для разработки рудником или шахтой, называют соответственно рудничным и шахтным полем. В большинстве случаев рудничное поле по размерам равно всему месторождению. Если месторождения большие, то их делят на шахтные поля, определяя их основные размеры (длину и ширину). Часто одновременно с этим оптимизируют и производительность рудника (шахты). Таким образом обосновывают основные параметры рудника.

На основе каких же принципов их оптимизируют?

Основной принцип: как размеры шахтного поля, если они могут быть изменены, так и производительность рудника, которая при одних и тех же запасах руды может быть изменена в значительной степени, должны обеспечивать безопасность и наиболее экономичные условия отработки месторождения или его части.

С производительностью рудника и экономичностью обычно непосредственно связан еще один важный параметр – срок отработки месторождения.

Под экономичностью отработки месторождения часто подразумевают разные вещи, в зависимости от выбранного критерия оптимизации.

До недавнего времени за критерий оптимизации принимали себестоимость добычи 1 т рудной массы. И обосновывали размеры шахтного поля на основе следующих рассуждений. С одной стороны, увеличение размеров шахтного поля (точно так же, как и увеличение производительности рудника) позволяет уменьшить капитальные затраты на проходку основных выработок и строительство разного рода сооружений у стволов шахт и около ствольных выработок, а следовательно, и амортизационные отчисления. Правда, если годовая производительность увеличивается при неизменных запасах, то амортизация растет.

С другой стороны, по мере увеличения размеров шахтного поля (производительности рудника) увеличиваются затраты на транспорт (растет расстояние доставки), расходы на поддержание и ремонт выработок, на проветривание (растет мощность вентиляторов и сложность схем проветривания). Сравнивания несколько вариантов размеров шахтного поля и производительности рудника), находили оптимальный вариант. За него принимали тот, при котором общая сумма тех и других затрат на 1 т добычи или 1 т запасов была минимальной. Задачу решали аналитическим методом.

Сейчас в качестве критерия эффективности принимают приведенные затраты С+Е_н^.К_уд, решают методом вариантов. Размеры рудничных полей обычно составляют 2-3 км, достигая на крупных рудниках 4-5 км, а на шахте Яковлевской – 5-6 км. На угольных шахтах размеры полей также изменяются от 1,5 до 3-4 км.

Интересен вопрос определения нижней границы отработки месторождения. У нас в стране глубина разработки рудных месторождений сейчас достигает в основном от 400 м до 700-800 м, редко 900, и еще реже более 1000 м. Пока, например, в Кривом Роге считается нижней границей глубина 1500 м, но ставится задача вскрытия горизонтов до уровня 2500 м. А в ряде зарубежных странах добычу руды ведут на глубине до 2500-3000 м. На золотом руднике «Колар» в Индии разработку ведут на глубине 3000 м, а в Южной Африке на золото-урановых рудниках «Битватерсранда» глубина достигла уже более 3500 м (до 3800 м) и ставится задача отработки этих месторождений до глубины 4500 м.

Конечно условия труда на этих рудниках на такой глубине очень тяжелые. Не случайно продолжительность жизни рабочих – негров на этих рудниках самая низкая – она не достигает и 30 лет.

В угольной промышленности Советского Союза средняя глубина шах составляет около 500 м, но имеется значительное число шахт глубиной 700 м, а некоторые шахты Донбасса достигли глубины более 1000 м. Среднее годовое понижение горных работ на угольных шахтах составляет 10, в Донбассе 15 м. Среднее годовое понижение на железорудных шахтах и подземных рудниках цветной металлургии составляет 20-30 м, иногда достигая 50 м/год и более (на некоторых редкометальных рудниках). На железорудных шахтах Кривбасса годовое понижение горных работ в основном изменяется по разным шахтам в пределах от 15 до 25 м/год, лишь на одной шахте им. Орджоникидзе достигнуто понижение в 29,3 м/год.

В угольной промышленности действуют шахты мощностью от 0,5 до 5 млн. т/год, в среднем около 1,8-2 млн. т/год. Шахта «Распадская» должна достичь мощности 7 млн. т/год.

В железорудной промышленности средняя мощность шахт составляет 1,5-2 млн. т/год, а карьеров – более 9 млн. т/год.

Строящиеся в настоящее время подземные рудники должны достичь мощности: шахта «Северопесчанская» и шахта «Западный Каражал» 5 млн. т/год, рудник Первомайский 12 млн. т/год, Южный Сарбай 8 млн., Соколовский 7 млн., а шахта Яковлевкая 20 млн. т/год. Несколько меньше мощности рудников и карьеров цветной металлургии.

В горно-химической промышленности шахты имеют мощность в среднем около 3 млн. т/год, а карьеры – 5,2 млн. т/год.

В связи с постоянным снижением содержания металлов в руде увеличиваются масштабы месторождений, в результате освоения которых наметилась вполне четкая тенденция к увеличению мощности рудников и дальнейшей концентрации горных работ. Так, например, в железорудной промышленности, если в 1970 году было всего 6 шахт производительностью более 3 млн. т, то в 1980 году их число увеличится до 10, а к 2000 году составит более 15. Если в 1970 году только одна шахта (Гигант-глубокая) в Кривом Роге имела мощность по сырой руде 6,5 млн. т/год, то в 1980 году число таких шахт достигает 5-6, а к 2000 году оно увеличится до 10-12. Средняя мощность железорудных карьеров увеличилась с 4,7 млн. т/год в 1970 году до 9,1 млн. т/год в 1975 году, а к 1990 году она будет равна 14,4 млн. т/год, т.е. увеличится за 20 лет более чем втрое. Аналогичная тенденция имеет место и на рудниках цветной металлургии, где за 10 лет добыча на крупных и весьма крупных рудниках увеличится в 1,5 раза.

 

СТАДИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ. ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА

Разработка рудного месторождения осуществляется в три основных стадии горных работ: вскрытие, подготовка и очистная выемка. Иногда выделяют стадию нарезки. На вновь осваиваемом месторождении в начале эти стадии выполняются последовательно, а затем совмещаются с некоторым опережением вскрытия и подготовки относительно нарезных и очистных работ.

Вскрытие - это проведение капитальных горных выработок от дневной поверхности или от разрабатываемого уже горизонта до месторождения или его части, обеспечивающих возможность подготовки запасов к эксплуатации (подъемных, вспомогательных и вентиляционных стволов шахт, капитальных квершлагов, выработок околоствольных рудоспусков, спиральных съездов и т.п.).

Стволами шахты называют вертикальные или наклонные капитальные выработки, служащие для вскрытия запасов и подъема руды, спуска-подъема людей, материалов и оборудования, вентиляции выработок и электро-тепло-водоснабжения горных работ. В зависимости от назначения стволы могут быть главными (по ним осуществляется подъем руды), вентиляционными, вспомогательными и грузовыми.

Слепыми называются стволы, не имеющие непосредственного выхода на дневную поверхность.

Квершлаги – это горизонтальные выработки, пройденные под углом к простиранию рудного тела и предназначенные для вскрытия этажей и обеспечения обслуживания горных работ на этих этажах.

Штольни – горизонтальные выработки, имеющие непосредственный выход на дневную поверхность и служащие для обеспечения разведочных или эксплуатационных горных работ. Горизонтальную выработку, имеющую два выхода на дневную поверхность называют тоннелем.

Ортами называют горизонтальные выработки, не имеющие выхода на дневную поверхность и проходимые между висячим и лежачим боками под углами к простиранию рудного тела.

Штреки это горизонтальные выработки, пройденные по простиранию рудного тела, служащие для подготовки этажа к эксплуатации. В зависимости от назначения штрека могут быть этажными, откаточными и вентиляционными, а также подэтажными и промежуточными.

Восстающие – это вертикальные или наклонные выработки, пройденные снизу вверх с уровня основного горизонта и служащие для сообщения между этажами и подэтажами, доставки материалов и оборудования, вентиляции. Восстающими обычно оконтуриваются вертикальные границы выемочных участков или блоков – частей этажа, ограниченных по падению этажными штреками, а по простиранию соседними восстающими.

В зависимости от назначения различают восстающие блоковые, вентиляционные, разведочные и отрезные. Последние два служат для эксплуатационной разведки запасов блока и создания отрезных щелей или камер, являющихся началом очистных работ. Если восстающий пройден сверху вниз, то его называют гезенком.

Капитальным восстающим рудоспуском или гезенком называются выработки, служащие для перепуска руды с одного или нескольких этажей на нижележащий этаж, и, если они служат для нескольких блоков или для этажа в целом, то они называются капитальными рудоспусками и обычно соответствующим образом оборудуются.

Рудоспуск, служащий для перепуска руды в отдельном блоке, называют рудоскатом, а для перепусказакладки – закладочным рудоскатом.

Подготовка – это следующая за вскрытием стадия проведения выработок, обеспечивающих возможность транспорта руды и вентиляции вскрытых горизонтов, а также выполнения нарезных и очистных работ в эксплуатационных блоках (откаточных и вентиляционных штреков, блоковых восстающих и рудоспусков и т.п.).

Нарезка – это следующая стадия проведения выработок в пределах подготовленных участков, этажей, блоков, панелей, обеспечивающих возможность начала очистных работ (блоковых выработок днища, отрезных восстающих, подэтажных и этажных буровых выработок и т.п.).

Для подготовки и нарезки днищ блоков проходят обычно транспортные или скреперные штреки и орты, а также ниши, дучки и воронки (траншеи). После этого начинают очистные работы.

Комплекс процессов, выполняемых непосредственно при массовой добыче руды в подготовленных и нарезных участках, называется очистными работами.

По степени пригодности и подготовленности к добыче запасы полезных ископаемых делятся на вскрытые, подготовленные и готовые к выемке. Иногда выделяются полуподготовленные и нарезные запасы.

Вскрытие – запасы, в которых пройдены все вскрывающие капитальные выработки и имеется возможность вести подготовку вскрытых горизонтов и участков.

Подготовленные – это запасы, в которых пройдены и оборудованы все подготовительные выработки и имеется возможность начинать нарезные и очистные работы. Нарезанные – в которых соответственно завершены нарезные работы.

Готовые к выемке – это запасы, полностью подготовленные и нарезанные к очистной выемке за вычетом части временно неактивных (охранные целики, запасы, выемка которых предусмотрена в периоды будущих лет по услов