Горное образование

В первом тысячелетии до н.э. в Древнем Китае начинают добывать каменный уголь, используя его как топливо. Здесь же велась разработка растворов каменной соли. Для их добычи бурились ударным способом скважины диаметром 12-15 см и глубиной до 100 метров и более.

К VII в. до н.э. относится одно из первых упоминаний о колодцах для добычи нефти.

Дальнейшее развитие горного дела происходит на фоне возникновения и  расцвета античных государств – Древней  Греции и Древнего Рима. Особенностью этого периода является зарождение научных школ и систематизация естествознания. Так в 6 веке до н.э. складывается т.н. милетская школа, представителем которой (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен и др.) пытаются дать научное объяснение происхождению недр, возникновение полезных ископаемых.

В 4 веке до н.э. Аристотель в книге «Метеорология» говорит о горных камнях, называемых «углеподобными веществами» говорит о горных камнях ископаемого угля и делает сравнение его с древесным, который иногда использовался для выплавки металлов. В І веке выходит первая систематизация и описание разрабатываемых минералов, даны наставления по ведению горных работ.

Представляют интерес приведенные Г???????????м сведения о вентиляции горны выработок. «Чтобы обнаружить опасность для земляков, опускают горящую лампу, которая в этом случае гаснет. Тогда вблизи колодца, справа или слева, выкапывают воздушные каналы, по которым отходят опасные испарения. Для проветривания непрерывно машут полотнами». Описанная «техника» свидетельствует о проблеме вентиляции, как факторе, ограничивающем возможности ведения горных работ.

В античный период практическое применение в горном деле получают геометрические измерения. Используются также достижения механики, которые применяют в  приспособленных для подъема  и водоотлива.

Таким образом, зарождение в странах античного мира естествознания создало основу для механизации средств и способов ведения горных работ, для возникновения первых машин.

Подводя итого эпохи горных орудий, следует отметить, что, несмотря на крайнюю раздробленность горных промыслов, примитивную организацию труда, изоляцию горняков в отдельные профессиональные кланы, слабый обмен опытом между регионами, - анализируемая эпоха все же заложила основы горного производства, чем обеспечила человечество возможностями противостоят стихийным силам природы, создавать ценности материальной и духовной культуры.

Становление эпохи горных машин  связано с возникновением мануфактурного производства, которое начиная с  XVI века становится двигателем научно-технического прогресса в Европе.

В XVI веке выходит энциклопедический печатный труд немецкого ученого Георга Агрикулы (1494-1555 гг.) «О горном деле и металлургии», в котором он обобщил образ и опыт горно-металлургического производства своего времени и описал применяемую технику для ведения горных работ.

В первую очередь механизация затронула  процесс подъема из шахты добытого полезного ископаемого, как один из наиболее трудоемких и относительно легко механизируемых. Для подъема  бадей широко использовали машины, в которых канат навивал на вал ворота под действием ручной силы рабочих. Подъемная машина, как правило находилась в шатре (здании), предохраняющем ствол от затопления дождевыми водами.

На крупных рудниках использовали систему шахтного подъема с конной тягой. Такой машиной можно было поднимать бадьи из шахтного ствола глубиной до 70 метров.

Одной из наибольших проблем, с которыми приходилось сталкиваться горнякам, был приток шахтных (а иногда и  атмосферных) вод в выработки. Описанные  выше подъемные машины чаще использовали другие конструкции.

Наряду с водоотливными машинами применяли насосы, поднимавшие воду поршнями с помощью перепадов давления воздуха. В качестве приводов таких машин использовали мускульную силу или водный поток.

Кроме насосов  использовали поршни – подъемные машины, представляющие собой бесконечную цепь с укрепленными на ней черпаками.

Не менее важной задачей по обеспечению  жизнедеятельности шахты является вентиляция горных выработок. Первые приспособления такого типа представляли собой деревянные щиты, установленное над стволом на поперечных балках и направляющие естественные потоки воздуха в ствол. Также до этого использовали и другие устройства (крымчатки, барабанный вентилятор, вентилирующий мех).

Значительную  опасность для работы горняков представляли вывалы и обрушения пород в  выработках. Для предотвращения этих явлений в описуемый период использовали деревянную крепь.

Для защиты от возможного просыпания породы при подъеме бадей, устраивали в месте погрузки навес, перекрывающий все сечение ствола, за исключением лестничного отделения.

Наряду с подземными работами механизируют обработку полезных ископаемых на поверхности шахт. Для  дробления руд применяли машины, в которых деревянные песты с  железными головками (наконечниками) приводились в поступательное движение с помощь, водяного колеса. Раздробленное полезное ископаемое разделялось на фракции путем просеивания в решетчатых ситах, причем надрешетчатый продукт вновь подвергают просеиванию и дроблению.

Значительный  вклад в развитие средневековых  машин и механизмов внес гениальный художник и инженер Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Он разработал наиболее полную классификацию элементов машин, значительно усовершенствовал многие из них.

Предвидя перспективное  будущее открытой разработки месторождений, Леонардо да Винчи разрабатывает  схему экскаватора-драглайна для ведения масштабных земляных работ. Используя в качестве прототипа водоподъемное колесо, он впервые выдвинул идею копающегося колеса-прообраза роторного экскаватора.

Примечательно, что развитие теории механики в XVI-XVII веках позволило обосновать расчетные методы проектирования строительных конструкций, каковыми являются шахтные крепи.

Исключительную  роль в развитии горной технологии сыграла взрывная обтойка пород, впервые примененная К. Байделем на словацком руднике «Бажка-Штявкица» в 1627 году, а уже с 1645 года использовавшаяся в рудниках Саксонии.

Рассмотренные выше достижения горной техники определи прогрессивные черты сооружения рудников: возведение выработок для  транспорта, вентиляции и водоотлива. Преимущественное распространение получат шахтная разработка месторождений, что во многом объясняется отсутствием техники для крупномасштабных вксрытных работ.

Характерной чертом периода является распространение  печатной информации по горному делу, а так же появление специализированных учебных заведений.

Прогрессивным фактором промышленного и общественного  развития становятся т.к. горны свободы, которые добиваются от феодалов центры ремесленной деятельности горняков. Таким образом, развитие горного  производства формирует не только промышленную беду, но и первые формы капиталистического способа хозяйственности.

К середине XVIII века становится очевидным, что один только опыт разработки полезных ископаемых при существующем уровне техники не может обеспечить необходимых темпов развития промышленности. Возникает потребности в обобщении накопленных знаний и теоретических обоснованных новых технических методов и средств, т.е. в становлении горной науки и образования.

Начало дифференциации горной науки связано с появлением в XVIII века многочисленных книг – постановлений и описаний по горному делу.

Большое научно-историческое значение книги «Первые основания  металлургии, или горных дел» определяется стремлением дать научное истолкование явлением и техническим процессов  в горном деле и научной основе наметить способы управления этими явлениями; убеждением в необходимости контакте горной науки с различными областями техники и естествознания (с механикой, химией, геологией); практической направленностью научных исследований; государственным подходом к решению важнейших вопросов промышленного развития.

Важным шагом в становлении  горной науки и распространении  научных знаний стало создание специализированных высших учебных заведений (1762 года в  Париже; Словакии 1763 года; Саксонии 1765 и т.д.).

Открытие в короткий промежуток времени во всех развитых горнодобывающих  странах Европы горных вузов отвечало промышленным требованиям своего времени. Это позволило, благодаря проникновению  горной науки в производство и  профессиональному руководству  промыслами (за счет выпускников вузов), осуществить широкое внедрение передового опыта и горной техники, разработать новые способы и средства ведения работ, существенно повысить объемы добычи полезных ископаемых и производительность труда рабочих.

Наряду с развитием науки и образования, важнейшим этапом эволюции горной техники стало применение новых видов энергии. Энергия не была «привязана» к одному месту, как энергия текущей воды, не зависела от погоды, как энергия ветра и воды в зимнее время, а главное – была значительно эффективнее всех других, использовавшихся ранее.

Быстро расширяющееся применение железнодорожного и водного парового транспорта потребовало многократного  увеличения объемов добычи угля, как  топлива для паросиловых установок. Кроме этого, уже с начала XVIII века в Англии ископаемый уголь стали использовать вместо древесного, для выплавки металла из руд.

Резко возросшие в XIX века объемы потребления минерального сырья привели к индустриальному выпуску высокопроизводительных горных машин, созданию заводов горного машиностроения, существенному увеличению числа изобретений и новых разработок. К концу 50-х годов XIX века появились штанговые врубовые машины с пневматическим приводом. В 1864 году была изготовлена ценная врубовая машина с бором.

С 30-х годов XIX века дл опытной разработки угольных пластов применяют водомета.

В 1835 году в Германии появляются стальные канаты для ручного подъема и  откатки. В 40-х годах XIX века началось промышленное производство металлопроката, а уже в 60-х годах на шахтах Чехии и Германии используют стальные крепи для поддержания горных выработок.

Первостепенное значение для совершенствования  технологии как подземных, так и  открытых горных работ имела замена пороха более мощными взрывчатыми  веществами (ВВ) – нитроглицерином, динамитом, аммонитом.

В 1831 году англичанин Бикфорд разрабатывает  надежную конструкцию огнепроводного шнура (плотную сердцевину шнура  составлял порох, а оболочкой  служила джутовая ткань, пропитанная  смолой).

Дальнейшее развитие электрического взрывания связано с заменой угольных запалов воспламенителями с электрическими мостиками накаливания (1839 г.), созданием специальных галиванических батарей (1840 г.) и, наконец, разработкой академиком Б.С. Якоби в 1843 г. первой магнитно-электрической взрывной машинки.

Не менее важным шагом в развитии горной техники стала замена парокотельных  агрегатов электрическими двигателями, что сыграло решающую роль в перевооружении горного производства. Начиная с 1880 г. электродвигатели используют на угольных шахтах Великобритании и Германии для привода буровых механизмов, внутришахтного транспорта, водоотливных установок др.

В условиях быстрого роста горной промышленности Российской империи  значительно повысилась потребность  в высших технических кадрах, особенно на Украине, где к концу XIX века были открыты месторождения Донецкого каменноугольного бассейна, Криворожского железорудного бассейна, Бахмутского соляного района, Никопольского марганцевого района и др.

В 1899 году в Екатеринославе (сейчас Днепропетровск) начинает работу Высшее горное училище (ЕВГУ), преобразованное в 1912 году в Екатеринославский горный институт (сейчас Национальная горная академия Украины).

 

 

4. Элементы и формы залегания угольных пластов

На выбор технологии разработки шахтного поля оказывают влияние горно-геологические факторы, характеризующие как угольные пласты и условия залегания, так и вмещающие породы.

К элементам залегания угольного  пласта относится:

1. простирание пласта – направление линии пересечения пласта с горизонтальной плоскостью;

2. падение – наклон пласта к горизонтальной плоскостью;

3. угол падения – угол, который образует пласт с горизонтальной плоскостью;

4. мощность пласта – расстояние между почвой и кровлей по перпендикуляру.

Пласт имеет общую мощность и  полезную мощность.

- полезная мощность – это мощность только пачек угля.

Классификация угольных пластов по углу падения:

- весьма пологие до 18°;

- наклонные 19°-35°;

- круто наклонные 36°-55°;

- крупные 56°-90°.

Классификация угольных пластов по мощности:

- весьма тонкие до 0,7 м;

- тонкие от 0,71 до 1,2 м;

- средней мощности 1,21 до 3,5 м;

- мощные свыше 3,5 м.

Нарушение в залегании угольных пластов:

- нарушения образовавшиеся при формировании пласта (утонение, утолщение, выклинивание, раздвоение);

- нарушения сформировавшиеся при дальнейшем залегании пласта (сброс, взброс, сдвиг, надвиг) и смятие в складки (антиклиналь, синклиналь).

Строение пласта. Пласты угля по своему строению делятся на простые, содержащие только уголь, и сложные, содержащие кроме угля прослойки пород, разделяющие пласт на отдельные угольные пачки.