| 21681190 23552 13350 920 1штрек; 3 - конвейерный бремсберг; 4 - вентиляционный ходок; 5 - разрезная печь; 6 - главный вентиляционный полевой штрек.
Рис. 13. Система разработки длинными столбами по простиранию с разделением этажа на подэтажи: 1 - промежуточный квершлаг; 2 - пластовый откаточный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный штрек; 5 - промежуточные штреки; 6 - скат; 7 - этажный вентиляционный штрек; 8 - этажный откатный штрек.
При механизированной отбойке угля с применением щитовых агрегатов доставка угля осуществляется по фланговым печам, а длина очистного забоя достигает 55 м.
При щитовой системе разработки боковые породы самопроизвольно обру-шаются вслед за опусканием щита по падению. Область применения этой системы разработки ограничивается пластами с углами падения св. 55°.
Рис. 14. Система разработки длинными столбами по падению (щитовая): 1 - углеспускные печи; 2 - ходовая печь; 3 - сбойки; 4 - обходная вентиляционная печь.
При столбовых системах разработки мощных пластов с разделением на слои пласты делят на наклонные, горизонтальные и поперечно-наклонные слои условными плоскостями, ориентированными в пространстве соответственно наклонно по падению пласта, параллельно почве (или кровле), горизонтально между лежачим и висячим боками и, наконец, с наклоном в сторону почвы под углом 30-40° к горизонту. Толщина слоя не превышает 3,5 м.
Система разработки горизонтальными полосами по простиранию в восходящем порядке применяется на пластах мощностью 3,0-4,5 м с углами падения св. 60° (рис. 15) при гидравлич. закладке выработанного пространства и выемке угля с помощью комбайнов. Пласты большей мощности могут отрабатываться послойно, толщина слоя при этом не должна превышать 4,5 м. Выемочное двукрылое поле размерами по простиранию 300-400 м вскрывается на откаточном и вентиляционном горизонтах промежуточными квершлагами. На флангах поля проводятся вентиляционные скаты, в его средней части по мере подвигания забоя по восстанию в выработанном и заложенном пространстве возводится углеспуск-ной скат. В целях совмещения работ по выемке угля и возведению закладочного массива полосы левого и правого забоя попеременно опережают друг друга по восстанию на половину высоты вынимаемой полосы, равной 4,5-5,0 м. Выемка угля осуществляется одним или двумя комбайнами в противоположных крыльях выемочного поля. Доставка угля от комбайнов к углеспускному скату производится конвейерами. По окончании выемки угля в крыле комбайн перегоняется в смежное крыло по переходной ферме, расположенной над углеспускным скатом, и производится приём гидрозакладки из пульповода, проложенного по фланговому скату.
Система разработки поперечно-наклонными слоями мощных крутых пластов применяется только при управлении кровлей путём закладки выработанного пространства. Выемка угля в слоях производится с помощью буровзрывных работ.
При разработке пологих мощных пластов наклонными слоями пласт делится на два и более слоев (рис. 16). Для этого от наклонных выработок до границы шахтного поля (панели) проводят откаточный штрек. В качестве вентиляционного используют откаточный штрек отработанного вышерасположенного этажа. У границы шахтного поля (панели) по верхнему слою проводят разрезную печь и два слоевых штрека - конвейерный и вентиляционный. Конвейерный слоевой штрек соединяют с откаточным, а вентиляционный слоевой - с этажным вентиляционным штреком.
Рис. 16. Разработка мощного пологого пласта с разделением на наклонные слои: 1 - откаточный штрек; 2 - сбойки; 3 - конвейерный штрек; 4 - слоевой конвейерный штрек; 5 - слоевой вентиляционный штрек; 6 - вентиляционный штрек.
Аналогично ведётся подготовка очистного забоя по нижнему слою. Очистные работы ведутся с опережением забоя верхнего слоя по отношению к нижнему. Величина опережения зависит от принятого порядка отработки слоев. Практикуют одновременную отработку слоев с небольшими опережениями между ними (до 100 м) и последовательную - с независимой подготовкой каждого слоя. Между слоями обычно оставляют пачки угля толщиной 0,3-0,6 м или реже используют гибкие перекрытия из металлич. полос и сетки (см. Перекрытие в горном деле). Выемку слоев производят по принципу длинных столбов по простиранию или падению (при углах до 12-15°).
Система разработки наклонными слоями мощных крутых и наклонных пластов применяется при управлении кровлей обрушением и закладкой выработанного пространства. При обрушении кровли слои отрабатывают в нисходящем порядке с применением буровзрывной выемки угля под гибким металлическим перекрытием. Такая система разработки применяется на пластах мощностью свыше 4,5 м.
При управлении кровлей закладкой выработанного пространства отработка наклонных слоев производится в восходящем порядке; количество слоев не превышает 4, толщина слоя 3,5 м. Наклонные слои вынимают буровзрывным или механизированным способами. При буровзрывной выемке угля размеры выемочного поля по простиранию не превышают 400 м, слои отрабатывают полосами по простиранию, длина очистного забоя в полосе не превышает 12 м. При механизированной выемке угля отработка наклонных слоев может производиться длинными столбами по простиранию или по восстанию.
Рис. 15. Система разработки горизонтальными полосами по простиранию в восходящем порядке: 1 - конвейерный квершлаг; 2 - вентиляционный скат; 3 - вентиляционный квершлаг; 4 - углеспускной скат; 5 - полевой вентиляционный штрек; 6 - полевой откаточный штрек.
Длина очистного забоя при этом 30-200 м, длина выемочных полей по простиранию 400-1200 м, толщина вынимаемого слоя 2,5-3,5 м. Технология выемки угля с применением комплексов предусматривает увеличение вертикальной высоты этажа до 200-250 м и применение в слоях упрочнённой закладки, к-рая, обладая высокой несущей способностью, обеспечивает безопасную работу механизированных крепей в последующих слоях без применения дополнит. перекрытий.
Комбинированная система разработки мощных пологих пластов наклонными слоями с выпуском межслоевой толщи угля при использовании спец. угольного комплекса впервые применена на шахтах Кузбасса. Она предназначена для пластов мощностью 7 -12 м с небольшой газоносностью. Пласт делят на два слоя, отрабатываемых независимо. Верхний, т. н. монтажный, слой имеет толщину 1,5-2,0 м. Его отрабатывают системой длинных столбов по простиранию (рис. 17).
Рис. 17. Комбинированная система разработки с выпуском угля межслоевой толщи при применении комплекса КТУ: 1 - вспомогательный бремсберг; 2 -конвейерный бремсберг; 3 - вентиляционный штрек монтажного слоя; 4 -конвейерный штрек монтажного слоя; 5 - основной вентиляционный штрек; 6 - вентиляционный ходок; 7 - конвейерный бремсберг; 8 - основной конвейерный штрек; 9 - главный откаточный штрек.
Одновременно с выемкой угля монтируют гибкое металлич. перекрытие. На это перекрытие производят обрушение пород кровли. Нижний слой отрабатывают столбами по падению. Длина столбов 300-500 м, очистного забоя 40-80 м. Выемку угля в слое на высоту крепи (2,8 м) производят комбайном, а в межслоевой толще - с помощью буровзрывных работ. Разрушенный уголь межслоевой толщи выпускают на забойный конвейер через люки, имеющиеся в ограждении крепи.
Системы разработки с короткими забоями делятся на камерные и камерно-столбовые. При камерных системах разработки длина камер может быть 200-300 м; ширина 4-15 м; междукамерных целиков от 2 до 6 м, участковых - 5-10 м. Размеры выемочного участка выбираются с таким расчётом, чтобы обрушение кровли происходило после его отработки, и на пологих пластах составляют 50-150 м.
Камерно-столбовая система разработки отличается от камерной тем, что между камерные целики частично погашаются (рис. 18), в результате чего повышается степень извлечения угля.
Рис. 18. Камерно-столбовая система разработки с выемкой целиков заходками: 1 - комбайн; 2 - самоходная вагонетка; 3 - раздвижной конвейер; 4 - самоходная буровая тележка.
Между конвейерным и вентиляционным штреками проходят одну - две камеры шириной 3,5-5 м, после чего погашают междукамерный целик, ширина к-рого 15-20 м. Междукамерный целик погашается заходками по 3,5-7,0 м с оставлением технологич. целиков между ними шириной 0,6-1 м. Штреки и камеры крепятся анкерной крепью; заходки не крепятся. Осн. условия применения технологии с короткими забоями: низкое качество угля (обычно энергетического с повышенной зольностью); мощность пласта 0,8-3,5 м; угол падения пласта до 15° (определяется возможностью работы самоходного оборудования); породы средней и вышесредней устойчивости; газообильность до 15 м3 на 1 т добычи; глубина ведения горных работ до 300 м (т. к. с её увеличением резко возрастают потери угля в недрах) и др.
Удельный вес различных систем разработки в общей добыче угля в СССР показан в табл.
За рубежом подземная разработка угля широко развита в США, ПНР, Великобритании, ФРГ, Франции. В европ. странах преим. распространение получили системы разработки с длинными очистными забоями. На шахтах США, Канады, Австралии применяются системы разработки с короткими забоями, что связано с наличием благоприятных геологич. условий.
В области систем разработки осн. задачами в угольной промышленности СССР являются дальнейшая концентрация и интенсификация горных работ. Это достигается: расширением применения систем разработки длинными столбами, особенно тех её вариантов, к-рые обеспечивают постоянство длины лавы, обособленное проветривание источников выделения метана; рациональным размещением подготовит, выработок в толще пласта и пород; прогнозированием геологич. нарушений для обеспечения стабильной работы комплексов и агрегатов; созданием новых вариантов систем разработки и высокопроизводит. средств комплексной механизации, обеспечивающих выемку угля без присутствия рабочих в очистном забое; разработкой новых и усовершенствованием существующих систем разработки мощных (особенно крутых) пластов с закладкой (преим. гидравлической); разработкой комплекса мероприятий ведения горных работ на глубоких горизонтах с предварительной дегазацией пластов; управлением массивом горных пород с поверхности до начала ведения горных работ с целью исключения внезапных выбросов угля и газа, горных ударов и пр.; разработкой мероприятий по обеспечению комфортных и безопасных условий работы.
В 1973 подземный способ составил 71% общей добычи угля в СССР. См. также ст. Угольная промышленность.
Лит.: Шевяков Л. Д., Разработка месторождений полезных ископаемых, 4 изд., М., 1963; Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, М., 1969; Килячков А. П., Тех-, нология горного производства, М., 1971; Технологические схемы очистных и подготовительных работ на угольных шахтах, ч. 1 - 3, М., 1971 - 72; Технология подземной разработки пластовых месторождений, М., 1972. Б. Ф. Братченко, А. П. Килячков.
Удельный вес систем разработки на угольных шахтах СССР (1973)
Бассейны
Системы с длинными очистными забоями
Системы с короткими забоями
без деления пласта на слои
с делением пласта на наклонные слои
прочие (комбинированные, горизонтальными слоями и др.)
сплошная
столбовая
в том, числе столбовая с применением щитов
Донецкий
27,2
50,3
-
-
22,5
-
Подмосковный
-
100,0
-
-
-
-
Кузнецкий
0,5
79,6
12,4
5,5
11,7
2,7
Печорский
3,5
89,0
-
6,5
1,0
-
Карагандинский
1,5
61,3
-
37,2
-
-
По СССР
14,5
63,5
2,2
7,4
13,8
0,8
Рис. 1. Схема отработки пластовых место-, рождений выщелачиванием через скважины: 1 - узел приготовления растворов; 2 - нагнетательные скважины; 3 - дренажные скважины; 4 - компрессор; 5 -воздухопровод для эрлифта продуктивных растворов; 6 - коллектор для продуктивных растворов; 7 - отстойник; 8 - установка для переработки раствора.
Рис. 2. Схема подземного выщелачивания скальных руд: 1 - ёмкость для растворителя; 2 - насос; 3 - трубопровод рабочих растворов; 4 - отрабатываемый блок руды; 5 - ёмкость для сбора продуктивных растворов; 6 - насос; 7 - ёмкость для продуктивных растворов на поверхности; 8 - сорбционная установка; 9 - отстойник отработанного раствора; 10 - ёмкость для доукрепления растворов; 11 - пресс-фильтр.
ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ полезных ископаемых, метод добычи полезного ископаемого избират. растворением его химич. реагентами в рудном теле на месте залегания с извлечением на поверхность. П. в. применяется для добычи цветных металлов и редких элементов, имеются предпосылки использования его для разработки фосфатов, боратов и др.
П. в. цветных металлов известно с 16 в. (Испания), в крупных промышленных масштабах метод впервые освоен на медном руднике Кананеа в Мексике (1924) и на медноколчеданных месторождениях Урала (1939-42). Урановые руды разрабатываются П. в. с 1957. П. в. применяется в ряде стран (США, СССР, Франция, Япония, ГДР и др.); в 1974 этим способом было получено 20% мировой добычи меди.
Выбор растворителя при П. в. зависит от состава руды и характера химич. соединения, образуемого полезным компонентом.
П. в. относится к фильтрационным процессам и основано на химич. реакциях "твёрдое тело - жидкость".
При П. в. проницаемых рудных тел месторождение вскрывается системой скважин, располагаемых (в плане) рядами, многоугольниками, кольцами. В скважины подают растворитель, к-рый, фильт-руясь по пласту, выщелачивает полезные компоненты. Продуктивный раствор откачивается через другие скважины (рис. 1). В случае монолитных непроницаемых рудных тел залежь вскрывают подземными горными выработками, отд. рудные блоки дробят с помощью буровзрыв-ных работ (рис. 2). Затем на верхнем горизонте массив орошают растворителем, который, стекая вниз, растворяет полезное ископаемое. На нижнем горизонте растворы собирают и перекачивают на поверхность для переработки.
Одно из основных препятствий для применения П. в.- низкая скорость реакций, для увеличения к-рой ведутся исследования способов воздействия на рудный массив электрич. и электромагнитными полями, предварит, нагревом, обжигом и др. Для П. в. применяются также ядерные взрывы и микробиологич. способы (см. Бактериальное выщелачивание).
П. в. позволяет вовлечь в разработку месторождения полезных ископаемых, залегающие на значит, глубинах (недоступных по экономич. показателям для обычной технологии), месторождения бедных руд и т. п. См. также Гидрометаллургия, Выщелачивание.
Лит.: Бахуров В. Г., Руднева И. К., Химическая добыча полезных ископаемых, М., 1972; Арене В. Ж. [и др.], Геотехнологические способы добычи полезных ископаемых, в кн.: Технология разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых, т. 11, М., 1973. В. Ж. Арене.
ПОДЗЕМНОЕ РАСТВОРЕНИЕ полезных ископаемых, метод добычи полезного ископаемого через скважины растворением водой на месте его залегания. Применяется для разработки залежей каменной и калийных солей.
Добыча рассолов каменной соли через скважины известна с 12-14 вв. (см. Бурение). Технология управляемого П. р. солей была предложена Е. Н. Трэдом (США) в 1933 и усовершенствована в СССР П. А. Кулле и П. С. Бобко. П. р. калийных солей в пром. масштабе освоено в Саскачеване (Канада) только в 1964.
При П. р. соляная залежь вскрывается скважинсй, к-рая оборудуется концен-трично расположенными свободновися-щими рабочими колоннами: водоподаю-щей и рассолозаборной (рис.). Растворитель - вода поступает в соляную залежь под давлением по кольцевому зазору между рассолозаборной и водоподаю-щей колоннами.
Схема добычи каменной соли подземным растворением: 1 - основная тампонажная колонна; 2 - соляной пласт; 3 - водопо-дающая колонна; 4 - рассолоподъём-ная колонна; 5 -водопровод; 6 -рассолопровод; 7 -трубопровод нерастворителя.
Для получения рассолов пром. концентрации (305-310 г/л) отработка продуктивной толщи ведётся в камерах ступенями снизу вверх. К кровле камеры подаётся нерастворитель-нефть, керосин или воздух, к-рый предохраняет потолочину от растворения. Растворитель, нагнетаемый в камеру, легче заполняющего рассола. Поэтому он всплывает к верхней части камеры и, соприкасаясь с массивом соли, постепенно насыщается и опускается до башмака рассолозаборной колонны. Рассол под остаточным давлением извлекается по рассолоподъёмной колонне на поверхность. От скважины по трубопроводам рассол направляется через контрольно-распределит. пункт в резервуар кондиционного рассола, откуда транспортируется к потребителям. Растворы, получаемые методом П. р., являются исходным сырьём для извлечения хлора, соды, пищевой соли и других продуктов. В 1973 в СССР методом П. р. добыто более 20 млн. м3рассолов.
Развитие П. р. связано с интенсификацией процесса конгруэнтного растворения и внедрением способов избират. растворения (применением добавок тяжёлых металлов, созданием магнитного поля, использованием нагретого растворителя и др.).
П. р. используется также для создания в соляных отложениях ёмкостей-хранилищ нефтепродуктов и сжиженных газов. См. также Геотехнология.
Лит.: Здановский А. Б., Галургия, Л., 1972. В. Ж. Арене.
ПОДЗЕМНО-МИННАЯ БОРЬБА, способ боевых действий войск при атаке и обороне крепостей, укреплённых городов, позиций, осн. па устройстве и использовании воюющими сторонами подземных ходов (галерей минных). Ведение П.-м. б. известно с древних времён, когда осаждающие скрытно подводили под стенами города подземные ходы (галереи) с целью проникнуть по ним в осаждённый город и, овладев воротами, впустить атакующих. Подкоп мог заканчиваться под крепостной стеной камерой, к-рая укреплялась деревянными стойками. При их поджигании и сгорании происходил обвал участка крепостной стены; через образовавшийся пролом в крепость (город) врывались осаждающие. Задача осаждённых заключалась в своевременном обнаружении и разрушении, а также в затоплении или задымлении подземных ходов противника. С конца 15 в. при ведении П.-м. б. стали применять порох сначала для подрывания стоек в минных камерах под крепостными стенами, а затем для непосредственного подрывания стен крепости. Русские войска умело использовали П.-м. б. при обороне своих крепостей (Псков, 1581, Троице-Серги-ева лавра, 1608) и при осаде укреплённых городов. Особенно успешно русские войска вели П.-м. б. при обороне Севастополя (1854-55), в ходе к-рой использовали контрминные галереи и минные горны. После 1-й мировой войны 1914-18 с дальнейшим развитием средств поражения и изменением способов ведения боевых действий П.-м. б. утратила своё значение.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ, воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. В зависимости от характера пустот водовмещающих пород П. в. делятся на поров ые -в песках, галечниках и др. обломочных породах, трещинные (жильные) - в скальных породах (гранитах, песчаниках) и карстовые (трещин-но-карстовые) - в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).
П. в., перемещающиеся под влиянием силы тяжести, наз. гравитационными, или свободными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых молекулярными силами,- гигро-скопич., плёночных, капиллярных и кристаллизационных. Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты, или пласты, объединяющиеся в водоносные комплексы. П. в. обладают различной степенью водопроницаемости и водоотдачи (способностью вытекать из водоносной породы под влиянием силы тяжести). Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Непосредственно над их поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды, к-рые могут быть и подвешенными, т. е. несообщающимися с зеркалом грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод наз. зоной аэрации, в к-рой происходит просачивание вод с поверхности. В зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод образуются временные скопления П. в., наз. верховодкой. Водоносные горизонты, залегающие ниже грунтовых вод, отделяются ог них пластами водонепроницаемых (водоупорных) или слабопроницаемых пород и наз. горизонтами м е ж-пластовых вод. Они обычно находятся под гидростатич. давлением (см. Артезианские воды), реже имеют свободную поверхность и безнапорны (см. Безнапорные воды). Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит также и путём перетекания воды из других водоносных горизонтов.
П. в.- природные растворы, содержащие св. 60 химич. элементов (в наибольших количествах - К, Na, Ca, Mg, Fe, Al, Cl, S, С, Si, N, О, Н), а также микроорганизмы (окисляющие и восстанавливающие различные вещества). Как правило, П. в. насыщены газами (СО2, О2, N2, С2Н2 и др.). По степени минерализации П. в. подразделяют (по В. И. Вернадскому) на пресные (до 1 г/л), солоноватые (от 1 до 10 г/л), солёные (от 10 до 50 г/л) и подземные рассолы (св. 50 г/л); в более поздних классификациях к подземным рассолам относят воды с минерализацией св. 36 г/л. По температурным данным (в °С) различают переохлаждённые П. в. (ниже 0), весьма холодные (от 0 до -4), холодные (от -4 до -20), тёплые (от 2 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) н перегретые (св. 100).
По происхождению выделяется несколько типов П. в. Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию с поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преим. гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсоносных пород формируются сульфатно-кальциевые, а при растворении соленосных - хлоридно-натриевые воды. Конденсационные П. в. образуются в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород. Сед и ментац ионные воды формируются в процессе геологич. осадкообразования и обычно представляют собой изменённые захороненные воды морского происхождения - хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-нат-риевые и др. К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях. Воды, образующиеся из магмы при её кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными (по терминологии Э. Зюсса).
Одним из показателей природной обстановки формирования П. в. является состав растворённых и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов с окислит, обстановкой характерно |
