Подземные горные выработки - неотъемлемая часть горного дела. Особое место среди них занимают горизонтальные выработки. Давайте разберемся в их особенностях.
Что такое горизонтальная подземная горная выработка
Горизонтальная подземная горная выработка - это искусственная подземная полость, пройденная по горизонтали или с небольшим уклоном.
От вертикальных выработок, таких как стволы шахт, они отличаются тем, что идут строго горизонтально или под небольшим углом к горизонту.
В отличие от наклонных выработок типа штреков, уклонов, бремсбергов, угол их наклона не превышает 3-5 градусов.
Основными типами горизонтальных подземных горных выработок являются:
- Штольни
- Штреки
- Орты
- Квершлаги
- Просеки
Назначение разных типов горизонтальных выработок
Штольня - горизонтальная выработка, имеющая выход на поверхность. Используется для транспортировки людей, оборудования, добытого сырья. Обеспечивает доступ воздуха в шахту.
Штрек - горизонтальная выработка под землей без выхода наружу. Бывает транспортным или вентиляционным. Служит для перемещения людей, сырья, оборудования.
Орт - поперечная выработка между лежачим и висячим боками пласта. Используется для вентиляции и транспортировки.
Квершлаг - поперечная выработка в толще пород для транспортировки и вентиляции.
Просек - вспомогательная выработка для вентиляции и перемещения людей.
Как устроена горизонтальная подземная выработка
Любая подземная горная выработка состоит из следующих элементов:
- Контур выработки - собственно выемка в массиве горных пород
- Крепь - элементы, удерживающие породу от обрушения
- Покрытие - защитный слой в кровле выработки
- Пол - поверхность, по которой осуществляется движение
- Водоотлив - система для отвода грунтовых вод
- Вентиляция - система обеспечения воздухообмена
Форма поперечного сечения горизонтальной выработки может быть:
- Прямоугольная
- Трапециевидная
- Арочная
- Круглая
- Эллиптическая
На выбор формы влияют свойства горных пород, величина давления, тип крепи.
Для крепления выработок используют:
- Деревянную крепь
- Металлическую крепь
- Железобетонную крепь
- Анкерное крепление
Способ крепления зависит от формы выработки, свойств пород и других факторов.
Таким образом, в зависимости от условий и назначения для каждого типа горизонтальной выработки выбирается оптимальная конструкция.
Как проходят горизонтальную подземную выработку
Процесс проходки горизонтальной горной выработки включает следующие этапы:
- Бурение шпуров
- Взрывание забоя
- Погрузка и транспортировка породы
- Крепление выработки
- Установка вентиляции и водоотлива
- Замеры и мониторинг состояния
Для бурения шпуров используются перфораторы и бурильные установки. Взрывание производится при помощи электродетонаторов. Для погрузки и транспортировки применяются погрузочные машины, вагонетки, конвейеры.
Установка крепи выполняется вручную или механизировано. Вентиляция обеспечивается с помощью вентиляторов и воздуховодов. Водоотлив осуществляется насосами. В процессе работ ведется постоянный мониторинг состояния горного массива и крепи для предотвращения аварий.
Таким образом, проходка горизонтальных выработок - сложный технологический процесс, требующий специальных знаний и навыков.
Оборудование для проходки горизонтальных выработок
Для проходки горизонтальных подземных горных выработок используется специальное оборудование:
- Проходческие комбайны и комплексы
- Бурильные установки
- Погрузочно-доставочные машины
- Транспортные средства
- Крепежная техника
- Насосы и вентиляторы
- Замерная аппаратура
Проходческие комбайны используются для разрушения забоя и погрузки породы. Они оснащены буровым, фрезерным или импульсным рабочим органом.
Бурильные установки применяются для бурения шпуров при проведении взрывных работ. Погрузочно-доставочные машины (погрузчики, вагонетки, конвейеры) нужны для транспортировки разрушенной породы.
Для доставки людей и материалов используется рельсовый или автомобильный транспорт. Установка крепи ведется с помощью крепежных машин и механизмов вручную или механизированно.
Вентиляторы и насосы обеспечивают проветривание выработок и откачку воды. Таким образом, для проходки выработок требуется широкий спектр специализированной техники.
Примеры горизонтальных подземных выработок
Крупнейшей подземной горизонтальной выработкой в мире является Готардский железнодорожный тоннель в Швейцарии длиной 57 км. В России одной из самых протяженных выработок является штольня Большой Нижнетагильский подземный водовод в Свердловской области (46 км).
Известный Сент-Готардский автодорожный тоннель в Швейцарии длиной 16,9 км также относится к горизонтальным подземным выработкам. В Японии в 2016 году завершилось строительство самого глубокого в мире железнодорожного тоннеля горизонтальная подземная горная выработка расположенная по пласту.
Проблемы и риски при эксплуатации
Основными проблемами при эксплуатации горизонтальных подземных выработок являются:
- Обрушения породы
- Прорывы воды и газа
- Пожароопасность
- Скопление вредных газов
Для предотвращения обрушений необходимо регулярно контролировать состояние крепи и усиливать ее. Против аварийных прорывов воды и газа устанавливают герметичные перемычки и тампоны.
Для предупреждения пожаров важно соблюдать правила при взрывных работах, а также обеспечивать хорошую вентиляцию. Для контроля скопления газов необходимы датчики метана и системы газоудаления. Таким образом, обеспечение безопасности подземных выработок - важнейшая задача.
Правила безопасной работы
Для обеспечения безопасности работы в подземных горных выработках установлены следующие основные правила:
- Регулярный контроль состояния крепи и горного массива
- Использование качественных индивидуальных средств защиты
- Соблюдение порядка действий в аварийных ситуациях
- Хорошее освещение рабочих мест
- Эффективные системы вентиляции и газоудаления
- Постоянное обучение персонала технике безопасности
Также важно иметь актуальные планы выработок и регулярно проводить инструктажи по технике безопасности. Строгое соблюдение всех правил позволит максимально снизить риск аварий и несчастных случаев при работе в подземных условиях.
Перспективы развития технологий
В заключение отметим основные тенденции развития технологий горизонтальных подземных горных выработок:
- Внедрение новых высокопрочных материалов для крепи
- Создание более производительного проходческого оборудования
- Разработка систем автоматизации и роботизации
- Применение цифровых моделей при проектировании
- Использование искусственного интеллекта
Эти инновации позволят повысить эффективность и безопасность работ по созданию и эксплуатации подземных горных выработок.
Требования к освещению подземных выработок
Хорошее освещение имеет большое значение для обеспечения безопасности в подземных горных выработках.
Согласно правилам, минимальная освещенность на рабочих местах должна быть не менее:
- 50 люкс - в транспортных выработках
- 30 люкс - на постоянных рабочих местах
- 10 люкс - в других местах
Во взрывоопасных выработках должны использоваться взрывобезопасные светильники.
Для освещения применяются как стационарные светильники, так и переносные и индивидуальные головные фонари.
Светильники должны регулярно очищаться от пыли, а перегоревшие лампы своевременно заменяться.
Требования к вентиляции подземных выработок
Эффективная вентиляция крайне важна для обеспечения нормального воздухообмена и выведения вредных газов. Скорость движения воздуха в выработках должна быть не менее 0,25 м/с.
Вентиляция осуществляется при помощи мощных вентиляторных установок и воздуховодов. Не реже одного раза в смену должен проводиться контроль состава рудничного воздуха.
При превышении допустимых концентраций метана или других газов работы должны быть немедленно остановлены.
Системы аварийной защиты и оповещения
Для оперативного реагирования на аварии в подземных выработках необходимы:
- Системы автоматического контроля загазованности и пожаров
- Аварийное освещение и вентиляция
- Тревожная сигнализация
- Средства индивидуальной защиты (противогазы)
- Планы эвакуации людей
Регулярно должны проводиться учения и тренировки по ликвидации аварийных ситуаций.
Требования к квалификации персонала
Работа в подземных горных выработках предъявляет повышенные требования к квалификации персонала. Все работники должны пройти специальное обучение и получить соответствующий допуск.
Не реже одного раза в квартал проводятся повторные инструктажи по технике безопасности. Особое внимание уделяется практической отработке действий в аварийных ситуациях.
Только высокий профессионализм и дисциплина горняков являются залогом безопасной работы под землей.
Исторические факты о подземных выработках
Первые подземные горные выработки появились еще в древности. В Древнем Египте подземные штольни для добычи золота и изумрудов достигали глубины 200 метров.
В Средние века в Европе были пройдены многочисленные штольни для добычи серебра, свинца, меди. Самая глубокая в мире шахта находится в ЮАР и достигает глубины более 4 км. Таким образом, история подземных горных работ насчитывает не одно тысячелетие.
