Классификация систем разработки Д.Д. Юнга

 

№ п/п	Разработка	Система разработки	Вариант
	Подземная	Почвоуступная	Без поддержки выработанного пространства (открытый забой)
	С поддержкой выработанного пространства (закрытый забой):
	с оставлением столбов; с применением распорной крепи; с частичной закладкой
		Потолкоуступная	Без поддержки выработанного пространства (открытый забой)
		С поддержкой выработанного пространства (закрытый забой):
		с закладкой; с применением распорной крепи; с оставлением столбов
		Комбинированная	Без поддержки выработанного пространства (открытый забой)
		С поддержкой выработанного пространства (закрытый забой):
		с оставлением столбов; с распорной крепью; с частичной закладкой
		Пирамидальная (диагональная)	Без поддержки выработанного пространства (открытый забой)
		С закладкой (закрытый забой)
		С креплением квадратными окладами	Без закладки С частичной закладкой С полной закладкой Вертикальными слоями почвоуступно Вертикальными слоями потолкоуступно С перемежающимися столбами
		С временным оставлением в забое руды	Без скатов для руды Со скатами для руды С перемежающимися столбами
Окончание табл.8.1
№ п/п	Разработка	Система разработки	Вариант
		Выемка последователь­ными горизонтальными слоями сверху вниз, с обрушением налегающих пород (слоевое обрушение)	Штреками Камерами
		Комбинированная горизонтальными слоями сверху вниз с временным оставлением руды в забое (системы 6 и 7)
		горизонтальными слоями сверху вниз с частичным обрушением руды
		С обрушением подготовленных целиков руды (блоковое обрушение)
		Комбинированная с временным оставлением руды в забое и с обрушением промежуточных целиков руды
		С обрушением скатов
		Подэтажными штреками с подработкой потолочной толщи и почвы
	Подземная (для пласто­образных залежей и пластов)	Сплошная (longwall method)	От шахты – наступающая К шахте – отступающая
		Длинными камерами с оставлением столбов (room and pillar method) или камерно-столбовая с получением 50 % и более ископаемого в стадии подготовительных работ (камеры)
		Столбовая (board and pillar) с получением подготовительными работами менее 50 % ископаемого	Длинными столбами Короткими столбами
	Открытая	Уступами (с предварительной вскрышей или без нее)
		Мельницами (комбинированная)
		Штольнями с уровня почвы открытого разреза

 

Методология горного дела развивается, главным образом, в направлении механизации, увеличения производительности систем разработки, полноты извлечения руды, что позволяет вести добычу более убогих руд.

Принципиально важно, что осознается тесная связь методов добычи руд с рудничной геологией, с одной стороны, и последующей обработкой руды, с другой, и что процесс получения металла из рудной массы начинается, по существу, уже в забое шахты.

Конкретно изменение и улучшение в практике разработки рудных месторождений в последующие годы проявляются в следующем:

· рост производительности системы путем применения рациональных методов и стандартизации отдельных операций;

· интенсивная механизация буровых и взрывных работ, погрузки и транспорта руды от забоя до откаточных путей;

· применение селективных методов разработки;

· комбинирование различных систем разработки;

· применение глубоких взрывных скважин перфораторного или алмазного бурения;

· применение минных камер, или так называемого «искусственного» (вынужденного) обрушения, при сплошном магазинировании этажа;

· широкое распространение погрузочных машин.

XX столетие характеризуется принципиально новыми научно-техническими направлениями. Огромный, накопленный на предшествующих этапах, фактический материал, систематизированный в сводных курсах горного искусства и горно-заводской механики, позволил перейти к дифференцированной углубленной разработке отдельных разделов единых, ранее энциклопедических курсов. В самостоятельные научные дисциплины выделяются все основные разделы горного дела: разведка полезных ископаемых, проходка шахт и капитальных выработок, системы разработки, механизация, освещение, рудничная атмосфера и проветривание. Начинаются самостоятельные исследования горного давления. Окончательно выделяется в самостоятельную область науки обогащение полезных ископаемых. Горная механика получает самостоятельное, независимое от заводской механики, развитие в тесной связи с электротехникой. Единая собирательная дисциплина – горная электромеханика, в свою очередь, распадается на самостоятельные дисциплины.

В горной науке возникает так называемое аналитическое направление. В работах по горному делу широкое применение получают методы математического анализа, с помощью котороых решается широкий круг вопросов, начиная от выбора места заложения шахты, способов вскрытия, определения размеров рудничных полей и высоты этажей и кончая расчетом отдельных параметров систем разработки и обоснованием способов и конструкций орудий и механизмов добычи и транспорта.

Широкое применение в горной науке получает эксперимент. Законы природы, лежащие в основе явлений, возникающих при проведении горных выработок, добыче полезных ископаемых, ученые пытаются не только научно объяснить, но и научно предугадать, чтобы нейтрализовать их вредные последствия или использовать в нужном направлении. В эксперименте изучаются динамика и состав рудничной атмосферы, законы выделения метана из угольных пластов при добыче угля, явления, связанные с возникновением рудничных пожаров и т.д.

Одним из основоположников аналитического направления стал профессор Петербургского горного института Борис Иванович Бокий. с 1902 г. он публикует в «Горном журнале» статьи, в которых предлагается аналитическое решение проблем, возникающих при проектировании рудников (способы вскрытия, размеры шахтного поля, системы разработки и т.д.). В 1914 г. вышел в свет обширный труд Б.И. Бокия «Практический курс горного искусства». Горные и буровзрывные работы, поиски и разведка, системы разработки месторождений, открытая добыча полезных ископаемых, вентиляция и водоотлив, рудничная доставка и рудничное крепление – таков далеко не полный перечень вопросов, всесторонне рассмотренных в «Практическом курсе горного искусства». Ценность этого учебного пособия – в его полноте, стройности и последовательности изложения, в строгости и точности терминологии. Графический материал монографии стал классическим, его воспроизводили и воспроизводят многие авторы научных трудов в области горного дела. «Практический курс горного искусства» стал не только учебным пособием для студентов, но и справочной книгой для горных инженеров в их практической деятельности.

Одновременно с работой над «Практическим курсом горного искусства» Б.И. Бокий собирал технические данные, касающиеся разработки каменноугольных месторождений, и подвергал их аналитическому исследованию для получения обобщающих выводов.

Еще к началу XIX в. относятся первые попытки установить закономерности давления горных пород. Однако речь шла не о решении проблем горного давления в собственном смысле этого слова, а об установлении законов распространения процессов обрушения (размер толщи горных пород над выработками, достаточной для предохранения поверхностных сооружений от обрушения, направление обрушения относительно угла залегания разрабатываемых угольных пластов и т. п.). В 1885 г. попытку обобщить наблюдения над явлениями горного давления предпринял французский ученый Файоль, но пришел к выводу, что горное давление зависит от столь разнообразных факторов, что невозможно создать общую теорию и тем более дать количественную интерпретацию явлений горного давления.

М.М. Протодьяконов, приступая к изучению проблем горного давления, поставил перед собой задачу получить не только качественную картину явлений, происходящих в породах при проведении горных выработок, но и количественно их оценить на базе теории, позволяющей предложить расчетные формулы, удобные для пользования и точные настолько, насколько это требует практика. Свою оригинальную теорию давления горных пород М.М. Протодьяконов изложил в труде «Давление горных пород и рудничное крепление», опубликованном в 1903 г. В решении проблем горного давления трудами М.М. Протодьяконова впервые в истории горного дела был осуществлен переход от грубо приближенных качественных эмпирических оценок к количественным инженерным расчетам, открывшим широкие перспективы для развития горного дела.

Большой вклад в разработку вопросов горной механики и электромеханики внес профессор Екатеринославского высшего горного училища, а затем академик М.М. Федоров. М.М. Федоров создал курс, объединивший теорию центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров и воздуходувных машин. В труде «Сравнение наиболее распространенных систем рудничных вентиляторов на основании их характеристик». М.М. Федоров предложил путь исследования рудничных турбомашин в зависимости от свойств их типовых характеристик. Он составил систематические руководства к расчетам рудничных подъемных установок, поршневых и центробежных насосов, вентиляторных установок, поршневых компрессоров, передвижных и стационарных баллонов для сжатого воздуха в рудничных пневмотовозных установках, а также инструкцию к составлению смет на оборудование шахт машинами и техническими постройками и др.

Б.И. Бокий, М.М. Протодьяконов, М.М. Федоров, А.А. Ско­чинский, А.М. Терпигорев, Л.Д. Шевяков, А.П. Герман, В.В. Ржев­ский, М.И. Агошков, Н.А. Мельников и ныне живущие академики К.Н. Трубецкой, Н.Н. Мельников, М.В. Курленя, М.И. Шемякин, сотни и тысячи других исследователей в России и за рубежом открыли новые горизонты горной науки и горного дела.

 

 

ВСТУПАЯ В XXI ВЕК (ЗАКЛЮЧЕНИЕ)

 

Что дал человечеству ХХ век? Бурное развитие человечества, увеличившего свою численность почти в 4 раза, и еще более бурное увеличение потребления энергии и ресурсов. Две мировые войны и множество более мелких конфликтов. И интенсивное развитие научного знания с открытием новых химических элементов, физических явлений, критических технологий и видов техники. За прошедшие 100 лет в мире было опубликовано информации больше, чем за всю предыдущую историю человечества. Это относится и к проблемам горного дела и взаимовлияния окружающей среды и человечества.

Уместно сказать о роли организаций и ученых, которые стояли у истоков научного знания о недрах Земли и горных наук в России.

Родоначальником горной науки в России является М.В. Ломоносов – ученый-энциклопедист, философ и поэт, первый российский академик, заложивший фундамент наук о Земле.

Его последователи Н.А. Львов, В.И. Геннин, В.Н. Татищев, М.Ф. Соймонов и др. создавали условия для развития горного образования, внедрения его в практику и превращения горного дела из искусства в науку. Их усилиями было основано первое высшее техническое учебное заведение России Санкт-Петербургский горный институт – одно из старейших в мире высших технических учебных заведений. Основанный в 1773 г. как Горное училище, на протяжении XIX в. он был несколько раз преобразован: в 1804 г. в Горный кадетский корпус, в 1833 г. в Горный институт, в 1834 г. – в Институт корпуса горных инженеров, в 1866 г. в Горный институт, в открытое высшее учебное заведение. Являясь концентратором горных и горно-заводских знаний, Горный институт сыграл огромную роль в распространении высшего горного образования и развитии российской горной науки и техники. На его фундаменте выросли все основные институты и научные организации горного профиля страны.

Из 124 профессоров и преподавателей Петербургского горного института, преподававших за время его существования вплоть до XIX в., 24 профессора являлись почетными и действительными членами и членами-корреспондентами Петербургской академии наук. В Петербургском горном институте работали такие известные академики, как В.М. Севергин, В.И. Висковатов, В.Я. Буняковский, впоследствии вице-президент Академии наук, Г.П. Гельмерсен, А.П. Карпинский, впоследствии президент Академии наук СССР.

В начале XX в. Екатеринославское высшее горное училище стало институтом (1912), выпуск инженеров на горных факультетах Томского технологического, Варшавского и Донского политехнических институтов начался с 1913 г., а в Екатеринбургском горном институте с 1914 г. В высших горных учебных заведениях и на факультетах обучалось немногим более 1000 студентов, а ежегодный средний выпуск горных инженеров в первое десятилетие ХХ в. составлял 60-70 человек. В то же время, в отдельные годы, например в 1903 г., Петербургский горный институт выпустил 71, а Екатеринославское высшее горное училище – 89 горных инженеров, и эти кадры существенно пополнили руководящий состав горных предприятий. Следует заметить, что на начало 1903 г. на шахтах Юга России было лишь 80 горных инженеров и 150 штейгеров (горных техников) при 1150 десятниках, не имевших технического образования.

В 1807 г. Берг-коллегия была преобразована в Горный департамент, при котором существовал Горный совет, способствовавший развитию горно-заводских знаний. В 1825 г. начинает издаваться «Горный журнал». Для руководства им при тогдашнем Горном кадетском корпусе, преобразованном из горного училища, организуется Ученый комитет (впоследствии Горный ученый комитет), сделавшийся в дальнейшем неразрывной частью Департамента горных и соляных дел и превратившийся в главный научный центр страны в области горного дела.

Ученый комитет способствовал развитию не только горных и горно-заводских наук, но и других отраслей знаний. При содействии Ученого комитета при Горном институте организуется главная физическая обсерватория во главе с академиком А.Я. Кучпфером и сеть обсерваторий на горных и горно-заводских предприятиях. Под руководством академика проводятся первые в России широкие метеорологические и магнитные наблюдения. Внедрение в России метрической системы и метеорологии также связано с деятельностью Горного департамента. Позднее, в 1882 г., при содействии Горного ученого комитета для подробного изучения геологического строения России при Горном департаменте был организован Геологический комитет, первым директором которого стал академик Г.П. Гельмерсен.

Вкладом в горную науку XIX в. явился «Курс горного искусства», написанный преподавателем Петербургского горного института горным инженером А.И. Узатисом (1843). В курсе А.И. Узатиса в обобщающей форме и в удобном для практического использования виде даны аналитические обоснования ряда процессов, сопутствующих добыче. При разборе «Курса горного искусства» Узатиса в Петербургской академии наук непременный секретарь академии подчеркнул, что сочинение Узатиса не компиляция, а труд самостоятельный, оригинальный, в том числе и в методическом отношении.

А.И. Узатис классифицировал горные работы на шесть видов: лопатные, кайловые, кирковые, клиновые, огненные, взрывные, точно указав, в каких случаях применяется тот или другой способ и подробно описав различные конструкции инструментов, их характеристики и способы ведения работ. А.И. Узатис детально рассмотрел технологию ведения взрывных работ при добыче крепких пород угля и россыпей и основы выбора способа бурения шпуров, скорости бурения, размеров и положения шпуров, величины заряда, способов заряжания и т.д.

Дальнейшее развитие теоретических основ горной механики принадлежит современнику и преемнику А.И. Узатиса – П.А. Олы­шеву. Работа П.А. Олышева (Горный журнал, 1860, № 11) «Аналитический вывод отношения между напряжением движителя и сопротивлениями, действующими на вал рудоподъемного устройства. Приложение этого вывода к рудоподъемным воротам ручному, конному, вододействующему и паровому. Способы, употребляемые для уравнивания движения рудоподъемных воротов» охватывает все вопросы теории рудничного подъема и является первым в России курсом по рудничным подъемным машинам, не входящим в состав общего курса «Горного искусства».

В 1879 г. появляется первая русская оригинальная работа по горно-заводской механике профессора Горного института И.А. Тиме, который в продолжение более 40 лет (1870 – 1915) преподавал в нем курс горно-заводской механики. И.А. Тиме является непосредственным преемником и учеником П.А. Олышева. Ему принадлежит дальнейшая разработка вопросов горной механики. И.А. Тиме сыграл крупную роль в развитии технологии машиностроения в нашей стране: он впервые обосновал схему образования стружки на резце и дал понятие об ее усадке, угле скалывания и периодичности усилия резания.

Большой вклад сделан российскими учеными в теорию обогащения полезных ископаемых. Одним из первых исследователей в области обогащения угля был профессор Петербургского горного института по горному искусству и прикладной механике Г.Я. Дорошенко. В 1876 г. в «Горном журнале» была опубликована его работа «Механическое обогащение каменного угля», в которой были исследованы явления падения частиц угля и сопутствующих пород. Он дал первое аналитическое исследование движения частиц угля и сланца в воде, позволило ему обосновать наиболее выгодные режимы работы отсадочных машин. Работы Дорошенко имели важное значение, ибо мокрое гравитационное обогащение углей господствовало в технике обогащения на протяжении всего XIX в.

вместе с человечеством горное дело и металлургия прошли длительный путь, ведущий в неизвестное будущее, которое в значительной мере зависит и от темпов и направления развития добычи и переработки полезных ископаемых.

Добыча полезных ископаемых сегодня удваивается каждые 10-15 лет, а население увеличивается на 1 млрд человек. За 25-30 лет из недр было извлечено около 15 млрд т железной руды, 70 млрд т угля, 25 млрд т нефти, 12 трлн м³ природного газа, миллиарды тонн минеральных удобрений, строительных материалов, десятки миллионов тонн меди, свинца, цинка, алюминия, сотни тысяч тонн цветных и редких металлов, сотни тонн золота и многих других полезных ископаемых.

Только в России в настоящее время действуют более 600 шахт и рудников с подземной добычей угля, руд черных и цветных металлов, минеральных удобрений, а также свыше 5000 карьеров. Минеральное сырье перерабатывают более 2000 обогатительных фабрик. В угольной промышленности работает около 150 шахт и 60 разрезов (добыча около 250 млн т угля), 74 обогатительные фабрики, 350 предприятий угольного машиностроения, производства строительных материалов. Разработка месторождений горно-химического сырья осуществляется 35 карьерами и 20 рудниками. В железорудной промышленности в настоящее время открытым способом разрабатываются три месторождения: Лебединское, Стойленское и Михайловское; подземная добыча производится на Коробковском и Яковлевском месторождениях.

Ежегодно в процессе ведения горных работ перемещается не менее 1 км³ горных пород, а природные ландшафты изменены человеком более чем на 50 % территории планеты.

Многие горно-добывающие регионы как в России (Кузбасс, Норильск, Донбасс, Урал и др.), так и за рубежом (Рур и Саар в Германии, Витватерсранд в ЮАР, Колорадо, Вайоминг в США и др.) представляют собой искусственную среду, часто мало пригодную для проживания человека. На 1 т добытого угля образуется около 3 т отходов в процессе добычи и 0,2-0,3 т в процессе потребления, на 1 т стали – 5-6 т отходов при добыче и 0,5-0,7 т в процессе переработки, на 1 т цветных металлов – 100-150 т отходов при добыче и более 50-60 т при переработке, на 1 т редких, благородных и радиоактивных металлов – до 5-10 тыс.т отходов в процессах добычи и от 10 до 100 тыс. т при переработке. Утилизация отходов пока не превышает 6-10 %. Общее количество всех видов неутилизированных отходов горного производства в России составляет около 45 млрд т. Под их складирование занято 250 тыс.га земель.

Горно-добывающие предприятия ежегодно выбрасывают в атмосферу более 20 млн т пылегазовых веществ, в том числе в угольной промышленности России 400 тыс.т; сброс загрязненных вод достигает 0,6 млрд м³. В газовой промышленности вредные выбросы в атмосферу составляют 2138 тыс.т, в гидросферу – около 20 млн т сточных вод. В нефтедобывающей промышленности выбросы в атмосферу превышают 2,5 млн т, а выбросы сточных вод 21 млн м³. Площадь земель, нарушенных в процессе нефтедобычи, более 12 тыс.га. Нефтеперерабатывающей промышленностью в атмосферу выбрасывается более 1,5 млн т загрязняющих веществ, в гидросферу – 16,5 млн м³ сточных вод. Обогатительные фабрики ежегодно направляют в хвостохранилища и очистные сооружения до 10 км³ твердых и жидких отходов.

Эту печальную статистику можно продолжать. Добавим только, что в результате влияния человеческой деятельности на окружающую среду суммарные потери живого вещества на планете превышают 5 млрд т в год, в том числе связанные с уничтожением лесов 4 млрд т в год, с почвенной эрозией 0,5 млрд т в год. Около 30 % лесов в Германии безнадежно больны, на территориях самих городов и крупных агломераций, а также в прилегающих к ним районах на расстоянии до нескольких сотен километров почти полностью изменены биомы, исчезли звери, птицы и насекомые, населявшие их некогда, а их место заняли паразитирующие виды.

Сегодня человечество, осознав опасность, пытается снизить нарастающие кризисные явления; государства принимают законы и законодательные акты, требующие создания средств и систем защиты окружающей среды.

Ученые-экологи разделились на пессимистов (25-30 %) и оптимистов, борющихся и верящих в торжество человеческого разума, хотя исторический опыт пока не подтверждает их надежд. Ответ на вопрос даст время, но все, кто причастны к процессу разрушения недр Земли, должны знать историю горного дела и помнить о законе сохранения массы и энергии.

«Не бери больше, чем даешь!» – таков девиз современного общества, им оно должно руководствоваться в своей повседневной деятельности.

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ список

 

1. Шувалов Ю.В. Эволюция жизни на Земле и экологические кризисы // 3-я междунар. конф. «Экология и развитие Северо-Запада России»: Научные доклады МАНЭБ. СПб, 1998.

2. Николов Т. Долгий путь жизни. М.: Мир, 1986.

3. Пучков Л.А. Человек и биосфера: вхождение в техносферу: Учебник для вузов / Л.А.Пучков, А.Е.Воробьев; МГГУ. М., 2000.

4. Капица С.П. Сколько людей жило, живет и будет жить на Земле: Очерк теории роста человечества / Международная программа образования. М., 1999.

5. Holdren J. Population and the energy problem. // Population and Environment. J.Interdiscip. Stud. 1991. Vol.12. № 3.

6. Население России. 1993-1996 гг. / Отв. ред. А.Г.Вишневский; Центр демографии и экологии человека ИНП РАН. М., 1996.

7. Population situation in 1991 with special emphasis on age structure. N.Y., 1991.

8. Население и общество // Информ. бюл. Центра демографии и экологии человека ИНП РАН. М., 1995-1998. № 1-24.

9. Состояние условий труда, заболеваемости и травматизма на производстве // Безопасность труда в промышленности. 1995. № 11.

10. Николаев С.С. Охрана здоровья и окружающей среды – дело всех и каждого // Уголь. 1994. № 8.

11. Состояние и меры по улучшению условий и охраны труда в Российской Федерации // Безопасность труда в промышленности. 1996. № 8.

12. Данные о чрезвычайных ситуациях, происшедших в Российской Федерации в 1998 году // Гражданская защита. 1999. № 6.

13. Горное дело и охрана окружающей среды / М.Е.Певзнер, А.А.Малышев, А.Д.Мельков, В.П.Ушань; МГГУ. М., 1997.

14. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / Под ред. К.М.Тру­бецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997.

15. Певзнер М.Е. Экология горного производства / М.Е.Певзнер, В.П.Косто­вецкий. М.: Недра, 1998.

16. Экология и охрана природы при открытых горных работах / П.И.Томаков, В.С.Коваленко, А.М.Михайлов, А.Т.Калашников; МГГУ. М., 1994.

17. Экология: Учебник для техн. вузов / под ред. Л.И.Цветковой. СПб: Химиздат, 1999.

18. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. т.2.

19. Левин А.С. Введение в общую экологию: Учеб. пособие. Силламяэ: ИЭиУ, 1998.

20. Барраш С.И. Космический «дирижер» климата и жизни на Земле. СПб: ПРОПО, 1994.

 

 

21. Окладникова Е.А. Тропою Кугульдея. Л: Лениздат, 1990.

22. Амальрик А.С. В поисках исчезнувших цивилизаций / А.С.Амальрик, А.Л..Монгайт. М.: Наука, 1966.

23. Верещагин Н.К. Записки палеонтолога. М.: Наука, 1981.

24. Ребрик Б.М. У колыбели геологии и горного дела. М.: Геоинформмарк, 2000.

25. Никитин А.Л. Над квадратом раскопа. М.: Детская литература, 1982.

26. Левин В.И. Свидетели из каповой пещеры. М.: Детская литература, 1982.

27. Здорик Т.Б. Камень, рождающий металл. М.: Просвещение, 1984.

28. Черных Е.Н. Горное дело и металлургия в древнейшей Болгарии. София: Изд-во БАН, 1978.

29. История горной науки и техники // Материалы 1-го Всесоюзн. коорд. совещ. Тбилиси: Мецниереба, 1979.

30. Сунчугашев Я.И. Древнейшие рудники и памятники ранней металлургии в Хакасско-Минусинской котловине. М.: Наука, 1975.

31. Очерки истории техники в России. М.: Наука, 1978.

32. Трушков Н.И. Разработка рудных месторождений. М.: металлургиздат,1947.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение
1. Влияние окружающей среды на человека
2. Геодинамическая экология
3. Век камня
4. Век бронзы
5. Железный век
6. Развитие горного дела и металлургии в Европе до XIX в.
7. Техническая революция и развитие горного дела в XIX столетии
8. Горное дело и металлургия (конец XIX - начало XX в.)
Вступая в XXI век (заключение)
Библиографический список

 

* 1 сажень»2,13 м.