Podstawy górnictwa

Definicje podstawowe

Górnictwo

- nauka obejmująca ogół zagadnień związanych z wydobywaniem kopalin

- czynności związane z wydobywaniem kopalin

Wyróżnia się kilka podziałów górnictwa, często z podaniem eksploatowanej kopaliny, m.in.:

- odkrywkowe; np. węgla brunatnego, siarki, piasków podsadzkowych, surowców skalnych -

zwane często górnictwem skalnym lub skalnictwem,

- odkrywkowo - podziemne, najczęściej w eksploatacji rud

- podziemne (węgla kamiennego, rud metali, soli, itp.)

- podwodne - eksploatacja spod wody piasków i żwirów, kopalin aluwialnych - rud minerałów

ciężkich: złoto, cyna, rutyl, cyrkon, tytan granaty

- otworowe - wód geotermalnych, ropy, gazu, ziemnego, metanu z węgla kamiennego, siarki)

WYDOBYWANIE KOPALIN = EKSPLOATACJA:

Podziemna eksploatacja węgla

Kopalina - utwór geologiczny występujący wewnątrz skorupy

ziemskiej lub na jej powierzchni, uzyskiwany ze złoża za pomocą

procesów górniczychKopaliny występują jako:

- stałe - eksploatowane w postaci stałej

-ciekłe - eksploatowane w postaci ciekłej

-gazowe - eksploatowane w stanie gazowym.

Złoże kopaliny - naturalne nagromadzenie minerałów, skał oraz

innych substancji , których wydobywanie może przynieść korzyść

gospodarczą.

Surowiec - wydobyta kopalina wraz z produktami jej przeróbki

i obróbki oraz użyteczne produkty odpadowe jej przetwarzania

Eksploatacja złóż jest możliwa po uzyskaniu odpowiedniej koncesji

Koncesja - wydane przez organ administracji upoważnienie do wykonywania określonej

działalności gospodarczej i czerpania z niej korzyści

Koncesji w zakresie złóż kopali wymaga:

- poszukiwanie lub rozpoznawanie złóż kopalin

- wydobywanie kopalin ze złóż

Własność złóż:

1. Złoża węglowodorów, węgla kamiennego, metanu występującego jako kopalina

towarzysząca, węgla brunatnego, rud metali z wyjątkiem darniowych rud żelaza,

metali w stanie rodzimym, rud pierwiastków promieniotwórczych, siarki rodzimej, soli

kamiennej, soli potasowej, soli potasowo-magnezowej, gipsu i anhydrytu, kamieni

szlachetnych, bez względu na miejsce ich występowania, są objęte własnością

górniczą.

2. Własnością górniczą są objęte także złoża wód leczniczych, wód termalnych

i solanek.

Prawo własności górniczej przysługuje Skarbowi Państwa.

3. Złoża kopalin niewymienionych w ust. 1 i 2 są objęte prawem własności

nieruchomości gruntowej.

Przedsiębiorca górniczy - ten, kto posiada koncesję na prowadzenie działalności

regulowanej ustawą (pgig)

Zakład górniczy - wyodrębniony technicznie i organizacyjnie zespół środków służących

bezpośrednio do wykonywania działalności regulowanej ustawą w zakresie wydobywania

kopalin ze złóż w tym:

- wyrobiska górnicze,

-obiekty budowlane

-urządzenia oraz instalacje

Obszar górniczy - przestrzeń, w granicach której przedsiębiorca jest uprawniony do

wydobywania kopaliny oraz prowadzenia robót górniczych niezbędnych do wykonywania

koncesji

Teren górniczy - przestrzeń objęta przewidywanymi szkodliwymi wpływami robót górniczych

zakładu górniczego

Wyrobisko górnicze— przestrzeń w nieruchomości gruntowej lub górotworze powstała

w wyniku robót górniczych;

Ruch zakładu górniczego prowadzi się w sposób zgodny z przepisami prawa,

w szczególności na podstawie planu ruchu zakładu górniczego, a także zgodnie z zasadami

techniki górniczej.

Plan ruchu zakładu górniczego określa:

1) strukturę organizacyjną zakładu górniczego, w szczególności przez wskazanie stanowisk

osób kierownictwa i dozoru ruchu;

2) szczegółowe przedsięwzięcia niezbędne w celu zapewnienia:

−wykonywania działalności objętej koncesją,

−bezpieczeństwa powszechnego,

−bezpieczeństwa pożarowego,

−bezpieczeństwa osób przebywających w zakładzie górniczym, w szczególności dotyczące

bezpieczeństwa i higieny pracy,

−racjonalnej gospodarki złożem,

−ochrony elementów środowiska,

−ochrony obiektów budowlanych,

−zapobiegania szkodom i ich naprawy.

TECHNOLOGIE EKSPLOATACJI ZŁÓŻ W GÓRNICTWIE ODKRYWKOWYM

Kopaliny eksploatowane odkrywkowo

Kopaliny skalneW zależności od genezy kopaliny skalne dzielą się na następujące typy

Typ Skalny surowiec mineralny

Magmowe głębinowe

GranitySjenityGabraSurowce skaleniowe – leukogranity

Magmowe wylewnePorfiry DiabazyTrachity BazaltyFonololity MelafiryAndezyty Tufy porfirowe

Metamorficzne

Gnejsy Łupki fylitowe (dachówkowe)Amfibolity Łupki łyszczykowe Hornfelsy Kwarcyty metamorficzneŁupki kwarcytoweSerpetynityWapienie krystaliczne (marmury właściwe)

Typ Grupa Skalny surowiec mineralny Osadowe Węglanowe Wapienie Wapienie

zbite(„marmury”) Margle Opoki Kreda pisząca Kreda jeziorna Dolomity

Siarczanowe Gipsy Anhydryty Alabaster

Ilaste Kaoliny Iły białowypalające się Iły kamionkowe Iły i łupki ogniotrwałe Iły i łupki ceramiczne Bentonity Ochry

Krzemionkowe Piaskowce kwarcytowe Piaskowce Diatomity Chalcedonity Krzemienie Ziemia krzemionkowa

Okruchowe Piaski szklarskie Piaski formierskie Piaski budowlane Piaski posadzkowe Żwiry

W zależności od składu mineralnego skalne surowce osadowe dzieli się na grupy

Kopalnia Turów

Miąższość nadkładu 40 m

Miąższość złoża - węgla 14 - 19 m

Głębokość odkrywki 170 - 240

m

Definicje podstawowe

Górnictwo odkrywkowe - górn ic tw o z odkryw kow ą eksp loatac ją z łóż

eksploatacja odkrywkowa - eksp loatacja z udostępnionych z łóż kopa lin p rzez zd jęcie za lega jącego nad z łożem nadkładu lub eksp loa tacja ze z łóż za lega jących bezpośredn io na pow ierzchn i ziem i np. torfu .

eksploatacja spod wody - w ydobyw anie kopalin ze z łóż za lega jących w gran icach w ód pow ierzchn iow ych lub akw enów już istn ie jących bądź pow sta jących w w yn iku te j eksp loa tacji

odkrywkowe roboty górnicze - czynności zw iązane z w ydobyw aniem kopa liny lub w ykonyw an iem i u trzym aniem w yrob isk w kopa ln iach odkryw kow ych.

odkrywkowe roboty wydobywcze roboty górn icze obejm ujące podstaw ow e procesy górn ictw a odkryw kow ego:

urabianie

ładowanie

transport

zw a łow an ie

Udostępnienie złoża

Cel:

- zdjęcie nadkładu

- uformowanie poziomów eksploatacyjnych w złożu

- wykonanie odpowiednich półek transportowych dla

kopaliny i nadkładu

Zasadnicze czynniki decydujące o miejscu udostępniania złoża:

- rzeźba terenu i ogólne warunkt geologiczne

- końcowy zarys i graniczna głębokość wyrobiska

odkrywkowego

- elementy zalegania złoża –jakościowa

charakterystyka złoża

- fizyczne i mechaniczne właściwości kopaliny

- zasoby kopaliny użytecznej

- miejsce zwałowania zewnętrznego

- współczynnik nadkładu

Sposoby udostępnienia:

Bezpośrednie - bez budowy wyrobiska udostępniającego

- w złożach płytko zalegających (torfy, piaski, gliny

i nadkład ok. IM.)

- w złożach kamienia budowlanego i drogowego w formie masywów skalnych

(w zboczu na poziomie dróg transportowych) przykrytych cienką warstwą nadkładu.

Usuwanie nadkładu spycharkami lub koparkami łyżkowymi + transport samochodowy.

Wkopami

- w złożach pokrytych nadkładem oraz o dużej miąższości wymagających przygotowania

dużej ilości pięter.

Rodzaje wyrobisk w górnictwie odkrywkowym

W zależności od położenia w stosunku do terenu otaczającego rozróżnia się wyrobiska:

Stokowe

Wgłębne

Stokowo - wgłębne

PiętraPiętro eksploatacyjne-pe (w kopalinie, kopalinowe) poziomami;

Piętro nadkładowe-pn (w nadkładzie) u;

Piętro zwałowiska-pz (zwału)

Wysokość : pe, pn, pz warunkują parametry geotechniczne urabianych lub zwałowanych skał mas, pionowe zasięgi maszyn lub urządzeń urabiających (koparki) lub zwałujących ( zwałowarki) oraz oraz sposoby ich pracy

Piętro nadpoziomowePiętro urabiane, zwałowane nadpoziomowe;

Piętro podpoziomowePiętro urabiane,zwałowane podpoziomowo;

Skarpy

skarpa kopalinowa (w złożu) - skarpa utworzona w kopalinie.

skarpa nadkładowa - skarpa utworzona w nadkładzie.

skarpa zwałowiska (zwałowa) - skarpa utworzona w wyniku zwałowania

skarpa ruchoma - skarpa na której prowadzi się urabianie

(skarpa eksploatacyjna) lub zwałowanie

skarpa stała — skarpa na której nie prowadzi się urabiania lub zwałowania

Zboczazbocze wyrobiska (zw) - powierzchnia układu poziomów ścian (skarp, ociosów) pomiędzy dnem wyrobiska i jego obrzeżem górnym

zbocze zwałowiska (zz) - powierzchnia układu poziomów i skarp pomiędzy podłożem zwału i jego górną powierzchnią (wierzchowiną);

Warunki stateczności oraz parametry skarp, ścian, ociosów i zboczy dla zw i zz określa się na podstawie obliczeń geotechnicznych

zbocze ruchome wyrobiska (eksploatacyjne) lub zwałowiska – zbocze na którym co najmniej jedna skarpa jest skarpą ruchomą

zbocze stałe wyrobiska lub zwałowiska - zbocze którego wszystkie skarpy są skarpami stałymiw którym występują głównie trasy transportowe.

Systemy eksploatacji

Systemy postępu eksploatacji (przesuwania się frontu robót)

W zależności od kształtu złoża stosuje się odpowiadający mu system postępu eksploatacji

równoległy - dla złóż o kształcie wydłużonym zbliżonym do równoległoboku• wachlarzowy - dla złóż o kształcie zbliżonym do trójkąta, koła, wycinka koła.

oraz połączenie tych dwóch systemów.

Eksploatacja na bloki

Eksploatacja na blokiPodstawowe cechy skał umożliwiające eksploatację złoża na bloki:

•bloczność - określona szczelinowatością, ogranicza

maksymalny wymiar i kształt bloków

•naturalna podzielność - charakterystyczna dla skały

zdolność do „łatwiejszego" dzielenia się w określonych

kierunkach

Wykonanie wcinki z zastosowaniem piły wiertniczej

Na proces uzyskiwania bloku z calizny składają się następujące etapy: 1.Odspojenie od calizny dużego bloku (monolitu) o masie dochodzącej nawet do kilku tysięcy ton 2. Podział odspojonego monolitu na mniejsze bloki (części) o wymiarach określonych parametrami urządzeń transportowych zastosowanych w wyrobisku, maszyn obróbczych względnie wymiarami produktów.

Metoda urabiania Sposób urabiania Urządzenia, narzędzia

Rozłupywanie

Klinowanie ręczne Kliny zwykle kliny trójdzielne

Klinowanie mechaniczne

Rozłupiarki jednotłokowe i wielotoczkowe

Rozpieranie

Urządzenie z elementami elastycznymi wypełnionymi

wodą - .„sznur wodny"Substancje pęczniejące

Przecinanie

Mechaniczne

Wrębiarki tarczowe, kombajny tarczowe

Wrębiarki z frezem tarczowym

Wrębiarki z łańcuchem wrębowym

Wrębiarki z taśmą z wkładkami diamentowymi

Piły linowe z wkładkami diamentowymi

Termiczne Palniki termiczne

HydrauliczneUrządzenie do ciecia

strumieniem wody po wysokim ciśnieniem

Metoda urabiania

Sposób urabiania

Urządzenia, narzędzia

Materiałem wybuchowym

Strzelanie szczelinowe

Proch strzelniczy, czarny

Strzelanie otworami krótkimi

Proch strzelniczy

Lont detonacyjny

Ładunki małośrednicowe wydłużone

Perforowaniem (pita wiertnicza)

Wykonywanie otworów w jednakowej odległośc w jednej płaszczyźnie i pod jednym katem

Wiertnice jedno lub wielowiertarkowe (perforatory), średnica wiercenia 25 - 42 mm

Wiertnica (wębiarka), średnica wiercenia 60 - 105) mm

Rozłupywanie

Rozłupywanie klinowaniem.

Najstarsza metoda odspajania i dzielenia bloków stosowana do wszystkich rodzajów skał w której wykorzystuje się występującą w skałach naturalną zdolność do dzielenia się, tzw. podzielność.

Klinowanie ręczne

Kliny zwykłe

Kliny tępe

Kliny trójdzielne

Klinowanie mechaniczne - zamiast klinów stosuje się rozłupiarki hydrauliczne, których końcówki robocze rozszczepiające skałę umieszcza się podczas klinowania w otworach wywierconych wiertarkami

Rozłupywanie rozpieraniem - dzielenie bloków za pomocą:

• tzw. sznura wodnego

• materiałów pęczniejących - suche, proszkowe mieszaniny, które po zmieszaniu z wodą umieszczone w otworach hydratyzują, zwiększają objętość dają ciśnienie 30 - 40 Mpa.

PROCES TECHNOLOGICZNYPROCES TECHNOLOGICZNYDD

Odspajanie przy użyciu zaprawy murarskiejOdspajanie przy użyciu zaprawy murarskiej– – czarny granitczarny granit6161

Przecinanie skały.

Przecinanie wrębiarkami tarczowymi - stosowane do wykonywania wrębów i odcinania bloków o niewielkich wymiarach w skałach miękkich, tufach, wapieniach muszlowych,

Przecinanie wrębiarkami:

- z łańcuchem wrębowym

-z taśmą z wkładkami

diamentowymi

Narzędzia do cięciaNarzędzia do cięciaCC

Narzędzia na łańcuchuNarzędzia na łańcuchu6666

STOSOWANE MASZYNYSTOSOWANE MASZYNYBB

Wrębiarka łańcuchowaWrębiarka łańcuchowa

6868


Wrębiarka łańcuchowaWrębiarka łańcuchowa

6969

* Samojezdna wrębiarka łańcuchowa Samojezdna wrębiarka łańcuchowa


7070

Wrębiarka łańcuchowa samojezdna stosowana w kopalniach podziemnychWrębiarka łańcuchowa samojezdna stosowana w kopalniach podziemnych


7171

Przecinanie piłą linową z wkładkami (tulejkami) diamentowymi

stosowane do wykonywania wrębów i odspajania bloków we wszystkich rodzajach skał. Elementem tnącym jest lina stalowa z nałożonymi tulejkami diamentowymi. Cięcie następuje po przeciągnięciu liny przez wcześniej wykonane w skale dwa prostopadłe do siebie otwory i połączenie jej w tzw. linę bez końca. Cięcia można wykonywać w płaszczyźnie pionowej i poziomej

Tulejki diamentowe –

galwanizowane, spiekane

Średnica tulejek - 10 - 11 mm,

30 - 40 szt/m - cięcie granitów

27 - 30 szt/m – cięcie marmurów

wapieni, trawertynów,

Prędkość przesuwania liny:

19 - 28 m/s – cięcie granitów

33 - 45 m/s – cięcie marmurów,

wapieni, trawertynów.

Lina - stalowa przeciwzwita,stanowiąca rdzeń na którym mocuje się tulejki z warstwą diamentową. Średnica liny 5-6 mm, grubsza do cięcia w złożu, cieńsza do cięcia bloków i profili

Warstwa ochronna- tworzywo sztuczne lub guma dla skał twardych, sprężyny metalowe dla skał miękkich – łączy tulejki z liną ,zabezpiecza przed przecieraniem liny i rozkręcaniu się przerwanych drutów

Maszyna do cięcia linką diamentowąMaszyna do cięcia linką diamentową (60 HP) (60 HP)

Wycinanie monolitu pitą linową diamentową a - wykonanie wrębu; b,c - wykonanie wcinki pionowej i poziomej; d - odcięcie monolitu od calizny

Wykonywanie wrębów palnikiem termicznym

Stosowane do wykonywania

wrębów w skałach zawierających

powyżej 20 % krzemionki, głównie

granitów.

Wykonanie wrębu palnikiem termicznym

- szerokość wrębu 10 - 12 cm

Wykonanie wcinki z wykorzystaniem piły wiertniczej i palnika termicznego

Wykonywania wrębów strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem

Urządzenie do wycinania bloków strumieniem wody

Sposób pracy:

Strumień wody z dyszy wykonującej ruch oscylacyjny tworzy w skale

szczelinę o szerokości 44 - 66 mm

Trwałość dyszy - ok. 100 m2 cięcia

Urabianie wierceniem (perforowanie skał - piła wiertnicza).

Stosowane do wszystkich rodzajów skałZasada urabiania:

Metoda lWywiercenie wiertnicami (perforatorami) w urabianej skale szeregu równoległych otworów (piły wiertniczej:

• o średnicy 28 - 40 mm,• pod jednym kątem.• w jednakowej odległości 25 - 35 cm,• w jednej płaszczyźnie pionowej lub poziomej

Metoda IIWykonanie wrębu (szczeliny) wrębiarką przez wywiercenie otworów:• pilotujących o średnicy np.: 89 mm• rozwiercających o średnicy, np. 102 mm, między otworami wywierconymi pilotującymi.

.

Perforatory - wiertnice specjalnej konstrukcji, wyposażone w ramy

prowadnicze i wsporniki, mocujące l do 4 wiertarek o napędzie

pneumatycznym lub hydraulicznym.

Typy perforatorów

• przesławne (ładowarką lub dźwigiem) kotwione do skały w miejscu wykonywania wierceń

• mocowane do wysięgników urządzeń nośnych (ciągników specjalistycznych lub koparek)

• samojezdne z własnym napędem

Metoda II

Układ otworów wykonanych wrębiarką

Urabianie materiałem wybuchowym

stosuje się do wykonywania wrębów, odspajania i dzielenia odspojonych bloków.

Strzelanie głównie otworami krótkimi z wykorzystaniem następujących materiałów wybuchowych.

• prochu czarnego

• lontu detonującego zwykle pentrytowego

• ładunków MW bryzantycznego -

(średnica ładunku znacznie mniejsza od średnicy otworu)

Metoda strzelania Zastosowanie

długimi otworami Strzelanie masowe –urabianie na kruszywa

krótkimi otworami (zwykłymi)

otworowe na blokiUrabianie na

blokipomocnicze na bloki

rozszczepkoweStrzelanie pomocnicze

szczelinowe

Podstawowe metody strzelania

Strzelanie długimi otworami

Strzelanie długimi otworami

Podstawowe efekty strzelania

Dezintegracja ośrodka, czyli odspojenie i rozdrobienie urabianej objętości skał,

Odspojenie i przemieszczenie urabianej objętości, skały, tj. utworzenie usypu urobku o określonych parametrach fizycznych i geometrycznych

Drgania sejsmiczne podłoża wokół miejsca strzelania;

Rozrzut odłamków skalnych,Podmuch powietrza,

Emisja gazów i pyłów

Eksploatacja Węgla Brunatnego

Urabianie

Działanie koparek wielonaczyniowych:

Naczynia kopiące, tj. czerpaki, umieszczone w równych

odstępach na łańcuchu lub kole wykonują dwa ruchy

- wzdłuż łańcucha lub po obwodzie koła czerpakowego

i drugi

- prostopadły do niego

dające ruch wypadkowy

Koparki wieloczerpakowe

Nowa koparka do utworów trudnourabialnych typu KWK-910.

Podstawowe zespoły konstrukcyjne koparek wielonaczyniowych:

- podwozie z układem jezdnym - gąsienicowym, szynowym

lub kroczącym),

- nadwozie obrotowe - mechanizm obrotu, urabiania, manewrowania

wysięgnikiem,

- wysięgnik urabiający; łańcuchowy lub wyposażony w koło

czerpakowe

- wysięgnik załadowczy - odprowadzanie urobku na środki transportu.

Systemy urabiania

Czołowy zabierkowy

Ścianowy

Eksploatacja Węgla Brunatnego

Zwałowanie

Zwałowarki

Systemy transportu przy zwałowaniu

Transport przenośnikami taśmowymi

Eksploatacja kruszyw naturalnych – piasków i żwirów Koparkami:

1.Urabiającymi z lądu:

- łyżkowymi

- zgarniakowymi

- wieloczerpakowymi

2. Pływającymi:

- łyżkowymi

- chwytakowymi

- ssąco-refulującymi

- hydropneumatycznymi

Eksploatacja spod wody

Systemy pracy koparek:

- ścianowy- zabierkowy

Transport urobku:

- przenośnikami taśmowymi

- pływającymi przenośnikami taśmowymi

- barkami

- rurociągami

Podstawy górnictwa

Documents

Transcript of Podstawy górnictwa