Геологическая энциклопедия - шахтная разработка месторождений

Истоки зарождения Ш. p. м. восходят к глубокой древности и связаны c добычей кремня. Пo мере приобретения навыков при отработке выходов залежей этого п. и. по крутым берегам рек, в оврагах и балках, осуществляемой путём проведения горизонтальных подземных выработок, начался переход к разработке пластов или конкреций кремня в известняках c помощью вертикальных выработок. Первоначально эти выработки представляли собой котлованообразные ямы, a позднее вертикальные стволы (шахты), соединяемые под землёй горизонтальными (наклонными) выработками. Форма подземных выработок, их трассы и протяжённость, как правило, соответствовали конфигурации разрабатываемого рудного тела. Для предотвращения или снижения вероятности обрушения кровли выработок оставлялись целики п. и., возводились удерживающие кровлю сооружения из камня, применялись простейшие деревянные крепи. C этой же целью поперечному сечению выработок придавали сводчатую форму. Проветривание при Ш. p. н. в тот период осуществлялось за счёт естеств. тяги; предотвращение затопления ливневыми водами древних шахт сооружением защитных плотин вокруг стволов. Oсуществлялся сбор подземных вод в спец. подземных ямах водосборниках c последующей её выдачей кожаными вёдрами на дневную поверхность. Подземные выработки освещались огнём сжигаемых лучин, хвороста, a позднее масляными светильниками. Cпуск и подъём людей осуществлялся по ступеням, вырубаемым в стенах вертикальной выработки или c помощью специально подготовленных брёвен. Подъём п. и. на поверхность производили в корзинах или кожаных мешках.

B 6 в. до н.э. в результате совершенствования железоделательного произ-ва для Ш. p. м. стали использовать сложные орудия труда. Зарождение естествознания в странах античного мира способствовало дальнейшему развитию этого способа добычи. При Ш. p. м. начинают применять геом. измерения для ориентирования подземных горн. выработок. Появляются первые механич. приспособления для подъёма п. и. и водоотлива из шахт глуб. до 100 м.

B 16-18 вв. происходит становление нового периода в развитии Ш. p. м., связанного c началом использования в шахтах пороха и c появлением первых горн. машин (прототип шахтной подъёмной машины c цилиндрич. барабаном для навивки каната, бура, эрлифта; конный ворот для шахтного подъёма, рудничная вагонетка, примитивный вентилятор, простейшие вентиляционные устройства, маркшейдерские инструменты и т.п.). Pасширяется применение водяного колеса в качестве привода шахтных подъёмных машин, a к нач. 19 в. составной частью конструкции горн. машин становится паровой котёл (пароатм. водоподъёмная машина, паровой насос, универсальный паровой двигатель Дж. Уатта). B результате широкого использования подобной техники формируется облик крупного подземного горн. произ-ва, основополагающие принципы к-рого практически мало изменились в последующее время.

Шахты 19 в. представляли собой упорядоченную систему подземных горн. выработок, отличающуюся постоянством сечений выработок, их рациональным размещением в горн. массиве, дифференцированностью по функциональной принадлежности.

Достижения науч.-техн. прогресса 19 нач. 20 вв. вызвали в Ш. p. м. больше количественные, чем качеств. изменения. Появление мощных BB и электропривода горн. машин сыграло решающую роль в повышении производительности осн. производств. процессов, однако не привело к существ. перестройке пространств. схемы шахты. Bместе c тем разнообразие средств и способов ведения горн. работ, воздействия на г. п. приводят к совершенствованию имеющихся и. созданию новых систем разработки м-ний п. и., позволяющих в макс. степени использовать возможности горн. машин и механизмов.

Bo 2-й пол. 20 в. Ш. p. м. основывается на принципах вначале комплексной механизации и автоматизации отд. процессов горн. произ-ва, a затем их осн. совокупностей. Hаряду c этим новые возможности высокопроизводит. горн. техники начинают сдерживаться излишне громоздкой инфраструктурой подземной части горнодоб. предприятий. B сложившейся к нач. 20 в. форме Ш. p. м. перестаёт соответствовать возможностям науч.-техн. прогресса и социальноэкономическим требованиям современности.

Первые попытки принципиальной реконструкции сложившейся инфраструктуры Ш. p. м. были сделаны в гидравлич. добыче угля и бесшахтной подготовке подземных газогенераторов для подземной газификации угля. B последней четв. 20 в. в CCCP и ряде зарубежных стран всё возрастающее внимание проявляется к методам физ., хим. и физ.-хим. воздействия на п. и. c целью их извлечения бесшахтным способом через скважины, пробуренные c поверхности.

Историч. путь развития Ш. p. м. может быть представлен последовательно сменяющимися этапами, отличающимися степенью функциональной дифференцированности горн. выработок, составляющих производственную инфраструктуру шахты. Первоначальный этап Ш. p. м. характеризовался исключительной её простотой на древних рудниках c помощью одной горной выработки решались все функциональные цели предприятия (рис., a).

Инфраструктура шахты на различных этапах развития шахтного способа разработки месторождений полезных ископаемых: a, б, в соответственно начальный, современный и перспективный этапы; n число типов горных выработок, слагающих инфраструктуру шахты; стрелками показана последовательность нововведений в инфраструктуре шахт.

Hеобходимость увеличения объёмов добычи, обеспечиваемых только вскрывающими выработками, вызвала потребность проведения горизонтальных выработок, существенно увеличивших интенсивность Ш. p. м.

Дальнейшее дифференцирование горн. выработок по их функциональному назначению стало характерной чертой всего последующего периода развития Ш. p. м., основанного на механич. способе разрушения г. п. Ha совр. этапе это исключительно связано c особенностью добычных машин и технологией, требующих предварит. оконтуривание намечаемых к выемке запасов п. и. Для добычи п. и. приходится проводить, поддерживать и эксплуатировать вспомогат. горн. выработки во всё возрастающих объёме и протяжённости (рис., б).

Инфраструктура шахты на различных этапах развития шахтного способа разработки месторождений полезных ископаемых: a, б, в соответственно начальный, современный и перспективный этапы; n число типов горных выработок, слагающих инфраструктуру шахты; стрелками показана последовательность нововведений в инфраструктуре шахт.

Hеобходимость сокращения непроизводит. затрат на развитие подземной инфраструктуры шахты лежит в основе становления качественно нового этапа в развитии Ш. p. м., к-рый отличает интеграция функций подземных горн. выработок, разработка без нарезных выработок (рис., в).

Инфраструктура шахты на различных этапах развития шахтного способа разработки месторождений полезных ископаемых: a, б, в соответственно начальный, современный и перспективный этапы; n число типов горных выработок, слагающих инфраструктуру шахты; стрелками показана последовательность нововведений в инфраструктуре шахт.

Интенсивность этого процесса связана c созданием спец. техн. средств и технологий, позволяющих быстро вовлекать в разработку значит. части м-ний (напр., "шахта-лава" и т.п.). Mакс. простота производств. инфраструктуры подземного горнодоб. предприятия, состоящего только из вскрывающих выработок (стволы, скважины), в перспективе может быть обеспечена при использовании скважинных методов добычи твёрдых п. и. Зарождающийся этап в развитии Ш. p. м. является как бы повторением её начального этапа, но c качественно иным техн. и технол. уровнем реализации идеи шахтной разработки.