2. Канавы и траншеи.
Цель проходки канав и траншей – вскрытие коренных пород (канавы располагается перпендикулярно к простиранию горных пород, траншеи располагаются параллельно);
3. расчистки – изометричные по форме выработки, которые проходят для вскрытия коренных пород при геологическом картировании или сооружении площадок под буровые. Глубиной до 1 метра и площадью до 100 кв. м. Проходят вручную в породах до 4 категории крепости, в мерзлых породах применяют отбойные молотки, в более крепких породах используют предварительное взрывное рыхление пород и уборку вручную или бульдозером.
4. шурфы (вертикальные горные выработки глубиной до 5 м).
Канавы и траншеи. Наибольший объем (65%) проходки разведочных канав самыми различными способами выполняется в породах I-IV категорий. В породах V-VIII категорий проходится около 15 % всего объема канав. Свыше 80 % разведочных канав приходится на местности с уклоном до 20°. Ежегодно проходится около 60% канав глубиной до 2 м и 30 % - глубиной от 2 до 3 м. Максимальная глубина проходки канав составляет – 6 м. Около 80 % разведочных канав имеют длину до 50 м. Для вскрытия всех рудных тел месторождения иногда проходят магистральные канавы длиной 150 – 200 м. Расстояния между канавами зависят от стадии работ и изменяются от 160 – 200 м (поисково-оценочная) до 30 – 40 м (разведка). Поперечное сечение канавы в форме трапеции и зависит от способа проходки и глубины выработки. Ширина полотна канавы -0,6-0,8 м (при ручной проходке) и 3,5 м (бульдозерной).
Экономика и организация проходки канав полностью зависят от способа проходки. Основной способ проходки канав – механизированный, при помощи землеройных машин (бульдозеров, экскаваторов, канавокопателей и скреперов).
Землеройная техника типа бульдозеров, экскаваторов и канавокопателей используется не только для самостоятельной проходки канав в рыхлых и талых грунтах, но и для уборки из канав скальной породы, предварительно разрыхленной буровзрывным способом.
Вопрос о выборе способа и механизма для проходки канав в конкретных условиях решается путем сравнения экономических показателей. Обязательно должны учитываться технологические и организационные ограничения, накладываемые конкретными условиями на тот или иной способ (минимальный объем, уклон местности, длина канавы, категории пород, расстояние от участка до базы). Ручной способ проходки канав применяют в небольших объемах, в труднодоступных, высокогорных районах, где невозможно использовать механизмы. Для усовершенствования бульдозерного способа проходки канав отвал бульдозера снабжен специальными зубьями и лемехами-рыхлителями. Эти усовершенствования позволяют применять бульдозер как проходческий механизм при работе в относительно твердых породах (до 4 категории, мерзлых). Внедрение землеройных механизмов при проходке канав позволило почти вдвое увеличить среднюю производительность этих работ, так как намного сократилась доля ручного труда.
При проходке канав для рыхления пород или бурения шпуров для взрывов могут быть применены мотоперфораторы. Это целесообразно при малых объемах работ и на отдельных труднодоступных участках.
При проходке больших объемов канав с применением буровзрывного способа (в мерзлых породах, при категориях с V по ХХ) и необходимости выполнения работ по ручной зачистке нижнего полотна канав, пройденных бульдозером, для проведения работ организуются комплексные бригады, состоящие из механизатора (бульдозерист) и рабочих занятых бурением шпуров, ручной зачисткой и опробованием. Оплата работ производится на единый наряд за участок канавы, подготовленный к опробованию. В состав бригады включают взрывника, компрессорщика (по совместительству – горнорабочего).
Технология процесса проходки канав состоит из бурения шпуров для рыхления породы (в один ряд — для экскаваторных канав и в два — для бульдозерных), заряжания и взрывания этих шпуров силами специального взрывника с обязательным присутствием горного мастера. Разрыхленная порода убирается землеройной техникой с максимальным обеспечением механизированной зачистки полотна канавы. Ручная зачистка должна составлять небольшую долю объема канавы. Производительность канавных работ в среднем за смену достигает 40-50 м3 на одного работника проходческого звена. Проходку поверхностных горных выработок более рационально вести в весенне-летний период.
Таблица 6
Характеристика различных способов проходки канав и траншей
Способы проходки |
Средняя производительность в смену, м |
Буровзрывной: |
|
для рыхления породы |
20 -30 |
Механизированный с помощью землеройной техники: |
|
бульдозеров |
150—300 |
экскаваторов |
25—90 |
скреперов |
20—40 |
канавокопателей |
400 |
Ручной |
4 |
Шурфы. Наибольшее количество горных выработок этого типа проектируется на поисково-оценочной стадии геологических исследований для проверки аномалий, вскрытых при проходке канав, для заверки результатов бурения при поисках и разведке россыпей.
Половина объемов шурфов проходятся в породах выше IV категории крепости, требующих предварительного разрыхления, почти 90 % шурфов проходятся на глубину до 10 м. В основном шурфы имеют прямоугольное сечение, 40 % шурфов требуют крепления.
Как правило, объем работ по проходке шурфов на одном участке невелик (исключая разведку россыпных месторождений); часто это одиночные выработки. Основная масса шурфов проходится с применением буровзрывных работ и с той или иной степенью механизации. Основной объем ручного труда приходится на трудоемкие операции по погрузке породы.
Для бурения шпуров, наряду с обычными перфораторами и отбойными молотками, используются мотоперфораторы и электроперфораторы. Из шурфов порода поднимается в проходческих бадьях вместимостью до 0,1 м3 при помощи специальных подъемников кранового типа. В бадьи порода загружается вручную. Вентиляция шурфов осуществляется портативными вентиляторами по нагнетательной схеме, откачка воды - насосами, с электроприводом. Основная часть прямоугольных шурфов крепится деревом вручную, на что тратится 60—70 % времени проходческого цикла. Организация горных работ при проходке канав, траншей и шурфов довольно простая и предполагает точное выполнение инструкций по технологии и плановых календарных графиков, а также соблюдение правил безопасности работ, особенно при работе со взрывчатыми материалами.
Режим работы при проходке, как правило, одно- или двухсменный с соблюдением общих выходных дней.
Подземные горные выработки. На долю горизонтальных выработок (штольни, квершлаги, штреки, орты, рассечки) приходится более 90 % общего их объема. Остальные – составляют стволы разведочных шахт, глубокие шурфы и наклонные выработки (восстающие, уклоны). Большинство выработок проходится в крепких породах (f=13 по шкале проф. Протодьяконова); преобладают штольни и штреки с площадью поперечного сечения 5—8 м2 , крепится около 40 % всех горизонтальных выработок.
Организация проходки горно-разведочных выработок во многом определяется возможностями технических средств и технологических способов производства отдельных проходческих процессов. Отмечаются следующие главные тенденции развития научно-технического прогресса при проходке основных горно-разведочных выработок (штолен, кваршлагов, штреков):
завершение комплексной механизации всех производственных процессов проходческого цикла, включая вспомогательные операции (поддерживание выработок, настилка путей, заряжание шпуров, перестановка перфораторов и т. д.);
электрификация и гидрофикация основных проходческих механизмов;
разработка и внедрение в практику комбинированного проходческого оборудования: буропогрузочных и погрузочно-доставочных машин; самоходных буровых кареток, оснащенных гидрофицированными бурильными машинами; приспособлений, обеспечивающих бурение строго параллельных шпуров глубиной до 3 м;
создание и широкое применение высокоманевренных большегрузных (3—5 м3) проходческих бункеров с электровозной доставкой;
применение новейших высокопроизводительных и экономичных взрывчатых веществ;
замена традиционных деревянных крепежных рам высокопроизводительными и менее материалоемкими способами крепления выработок штангами, набрызг-бетоном и инвентарной металлической крепью, пригодной для многоразового использования;
создание и внедрение средств малой механизации (роликовые перекатные платформы, самосвалы, быстроразъемные соединения трубопроводов и пневмозарядчиков и т. д.);
замена части вспомогательных вентиляционных выработок скважинами.
Все это позволяет увеличить среднюю месячную производительность труда при проходке горизонтальных горных выработок с 8-10 м на подземного рабочего до 12-15 м, а расчете на горнопроходческую бригаду увеличить скорости проходки горизонтальных горных выработок с 90-110 до 150 м/мес.
Организация производства основных процессов проходческого цикла и труда проходчиков. Основной формой организации труда при проходке горных выработок является комплексная горнопроходческая бригада, состоящая из рабочих, квалификация и профессиональные качества которых позволяют им выполнять все операции проходческого цикла (бурить шпуры, оказывать помощь взрывнику, погружать и откатывать породу, крепить выработки, настилать пути, подводить коммуникации).
Бригада делится на звенья соответственно числу рабочих смен (1—3, реже 4). Число рабочих в звене зависит от площади сечения выработки, быстроты продвижения забоя, средств механизации и колеблется от 2 до 4 проходчиков. В комплексной бригаде наиболее полно используется принцип кооперации труда, рабочее время членов бригады максимально уплотнено, происходит взаимообучение работников смежным процессам. Во главе комплексной бригады стоит бригадир, одновременно выполняющий рабочие функции проходчика в одном из звеньев. Комплексные горнопроходческие бригады, как правило, работают по единому наряду-заданию, в котором оговорены все условия работы, приведен полный расчет необходимого количества трудозатрат, материалов и услуг (ремонтных бригад, транспорта, энергии), перечислен состав оборудования и инструмента, а также подсчитана сумма стоимости всей работы по статьям затрат. Такая структура основного документа при хорошо поставленном учете фактических затрат служит основой для участия рабочих в оперативном планировании и организации своей работы.
Основой организации горнопроходческих работ является проектирование и точное исполнение графика цикличности. Проходческий цикл - это периодически повторяющаяся совокупность большого количества разнообразных рабочих процессов, выполняемых в заданной последовательности с расчетной скоростью в соответствии с технологическим паспортом и обеспечивающих заранее запланированную величину продвижения забоя. Такими процессами являются: бурение шпуров, их заряжание, взрывание, проветривание выработки, уборка, откатка и подъем породы, крепление выработки, наращивание коммуникаций (рельсы, трубы, кабель).
В зависимости от характера геологического задания, горно-геологических условий и технической оснащенности горно-разведочные выработки могут быть пройдены по одной из трех схем организации проходческого цикла:
1. последовательное выполнение основных производственных процессов проходческого цикла в одном забое без совмещения их во времени;
2. параллельное выполнение основных производственных процессов проходческого цикла в одном забое с совмещением их во времени;
3. комбинированное выполнение производственных процессов в нескольких забоях.
При последовательном выполнении основных производственных процессов проходческого цикла (рис. 10, А) бурение шпуров, уборка породы, крепление и другие работы производятся в одном забое, причем каждый последующий производственный процесс начинается только после окончания предыдущего. Преимуществами этого метода являются: сравнительная простота организации работ; рассредоточенное потребление энергии, позволяющее осуществлять работы при небольшой мощности энергетического оборудования (компрессоров и передвижных электростанций). Чаще всего эта схема используется при проходке выработок с малой площадью сечения со стесненным забойным пространством.
Среди недостатков этого метода следует отметить низкий коэффициент использования горнопроходческого оборудования и возможность нарушения сроков исполнения последующего процесса, возникающая при задержке выполнения предыдущего.
При параллельной схеме основные процессы проходческого цикла совмещаются во времени полностью или частично в зависимости от конкретных горнотехнических условий работы (рис. 10, Б). Такая организация позволяет сокращать продолжительность проходческого цикла и более полно использовать горнопроходческое оборудование во времени. Реализация параллельной схемы дает возможность форсировать темпы проходки выработки, поэтому она часто применяется при проведении основной выработки, проходка которой позволит в дальнейшем расширить фронт работ (штольни). Однако здесь возникает необходимость в более мощном энергетическом оборудовании; кроме того, в стесненных условиях горной выработки одновременное выполнение работ заметно усложняет их организацию.
В
Рис. 10. Циклограммы проходки горно-разведочных выработок. Выполнение работ: А - последовательное, Б - параллельное; В - последовательно-параллельное
При комбинированной схеме работа ведется одновременно в нескольких (двух-трех) забоях. В каждом из них основные процессы выполняются последовательно и совмещаются во времени в разных забоях (рис. 10, В). Если в одном забое бурятся шпуры, то в другом в это время убирается порода, а в третьем крепятся выработки, настилаются рельсовые пути, подвешиваются трубы и выполняются другие вспомогательные работы. В данной схеме суммируются основные преимущества первых двух схем. Кроме того, ее применение способствует более полному использованию квалификации рабочих и более эффективному использованию горнопроходческого оборудования. Комбинированная схема может применяться в условиях одновременной проходки двух-трех близко расположенных забоев при наличии достаточной мощности энергетического оборудования.
Структура проходческого цикла, отраженная в графике цикличности, должна строиться на основе соблюдения следующих положений:
максимальной механизации всех проходческих процессов;
полной загрузки рабочего времени всех проходчиков в сочетании с наилучшим использованием квалификации каждого из них;
возможно более равномерной загрузки механизмов, и особенно энергетического оборудования (компрессоры, электростанции);
обеспечения резерва времени на случай возможного увеличения объема работ по уборке (погрузке и откатке) породы из-за несовпадения расчетного и фактического количества породы, оторванной при взрыве;
продолжительность проходческого цикла, равная сумме времени неперекрывающихся процессов, должна либо укладываться в одну смену, либо продолжаться целое число смен.
В процессе исполнительного проектирования на базе исходных данных проекта выполнения геологического задания, плановых технико-экономических показателей, нормативов и данных об оборудовании производится обоснование того или иного типа проходческого цикла и расчет его параметров.
В основе расчета лежит ряд величин, характеризующих заданные горно-геологические и технические условия проходки и нормы затрат времени и труда на выполнение рабочих процессов, входящих в состав цикла. Главными технологическими и организационными проектными параметрами, определяющими время выполнения отдельных процессов и проходческого цикла в целом, являются длина шпуров, число рабочих в проходческом звене, число циклов в смену и продолжительность смены.
Длительность цикла определяется исходя их заданной скорости проходки выработки в месяц:
где:
Тсм – длительность смены (час)
-
длина
шпура
η – коэффициент использования шпура (0,75 – 0,85)
nсм - количество рабочих смен в сутки
nдн – количество рабочих дней в месяц
Vпл – планируемая скорость проходки (м/мес).
8.7. Организация гидрогеологических и инженерно-геологических работ
Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования направлены на решение многообразных задач, в частности:
- гидрогеологические и инженерно-геологические съемки территории;
- изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий будущей эксплуатации месторождений;
- поиски и разведку месторождений подземных вод для водоснабжения населения и промышленных предприятий;
- изучение инженерно-геологических условий для строительства промышленных и гражданских объектов.
Организационно региональные гидрогеологические исследования, гидрогеологические съемки и другие работы, включенные в государственный заказ и финансируемые из федерального бюджета, выполняются государственными геологическими предприятиями (ФГУП). Для проведения инженерно-геологических исследований, как правило, выполняемых по договорам с горнодобывающими, строительными и другими организациями, создаются специальные инженерно-геологические отряды в составе частных организаций инженерно-изыскательского профиля. Организация специальных гидрогеологических и инженерно-геологических съемок существенно не отличается от организации полевых и камеральных работ при геологических съемках соответствующего масштаба. Традиционный набор работ дополняется отбором гидрогеохимических проб воды и газов из поверхностных водоемов, родников, колодцев, скважин и горных выработок. Проводится необходимый объем опытных работ, ведутся гидрогеологические наблюдения в картировочных скважинах. В результате составляются гидрогеологические, геоморфологические карты, карты химизма подземных вод и другие специальные карты распространения карстовых, просадочных и оползневых явлений. Поиски и разведка месторождений подземных вод, как и поисково-разведочные работы на твердые полезные ископаемые, организуются последовательно, по стадиям. Результатом поисков и разведки месторождений подземных вод является подсчет эксплуатационных запасов воды, определение качества воды, содержания химических элементов и вредных примесей. Для месторождений пресных род — разработка схемы водозабора, где указываются средние и минимально допустимые дебиты эксплуатационных скважин, их глубины и конструкции, способы и средства фильтрации воды и водоподъема, срок эксплуатации водозабора. Основные методы поисков и разведки подземных вод аналогичны методам изучения гидрогеологических условий месторождений твердых полезных ископаемых, применяемым с целью определения общей обводненности месторождений и прогноза величины водопритока в горные выработки. Для решения этих задач бурятся гидрогеологические скважины, в которых проводятся опытные наблюдения за гидродинамикой подземных вод. Основные виды детальных исследований водоносных горизонтов — пробные, опытные и опытно-эксплуатационные откачки, кроме того применяют нагнетания и наливы воды в скважины и шурфы, опытные выпуски воды из самоизливающихся скважин. В организационном плане откачки включают три последовательных этапа работ: подготовку опыта (монтаж аппаратуры, приборов, насосов, устройство водоотводов, опробование установок); проведение опыта (испытание с регистрацией наблюдения) и ликвидацию (демонтаж аппаратуры, приборов, насосов, труб). Опытные работы выполняются специализированной или буровой бригадой.
При пробных откачках предварительно оцениваются качество воды и фильтрационные свойства горизонта. Опытные откачки служат для наблюдений за изменением параметров изучаемой водоносной структуры; в задачу опытно-эксплуатационных откачек входит подсчет запасов подземных вод и других параметров будущего водозабора. Опытные откачки подразделяются на одиночные и кустовые. Куст включает центральную скважину, из которой производится откачка и наблюдательные скважины, фиксирующие изменения параметров водоносного горизонта.
Схема откачки зависит от геолого-гидрогеологических условий изучаемого месторождения или типа водозабора. Она включает данные о конструкциях и расположении скважин, местах установки фильтров, набора оборудования для откачки (насосы, эрлифты, фильтры, трубы и т. п.). Откачки имеют довольно большую продолжительность. Так, в зависимости от характера пород водоносного горизонта и их коэффициента фильтрации, продолжительность пробной откачки колеблется от 1—2 суток в скальных породах на одно понижение уровня до 5—7 суток в песках, а опытной групповой — от 7 (скальные породы, галечник) до 20 суток (мелкозернистые пески). Процесс откачки должен быть непрерывным. Это обусловливает повышенную надежность основного технологического (насоса, компрессора), вспомогательного и энергетического оборудования и требует наличия резервных агрегатов на месте работ в состоянии полной готовности.
Для изучения режима подземных вод проводятся стационарные гидрогеологические наблюдения, заключающиеся в систематическом изучении гидрогеологических условий района и влияния на них природных факторов, что позволяет обеспечивать рациональные режимы эксплуатации и охраны подземных вод. Сами режимные наблюдения проводятся техником-наблюдателем при обширной сети точек наблюдения (буровых скважин, колодцев). Состав и продолжительность наблюдений определяются проектом. и обычно включают замер уровня воды в скважине, определение температуры воды, отбор проб для химического и бактериологического анализов. Полевые записи режимных гидрогеологических наблюдений ведутся в специальных журналах. По результатам работ наблюдателем составляются графики колебания уровней и температуры воды в скважинах, дебита источников и др.
Для обоснования возможностей строительства различных объектов проводятся инженерно-геологические исследования. Основанием для начала инженерно-геологических работ служит техническое задание, которое выдает заказчик. В задании содержатся краткие сведения о проектируемом объекте, границы участка строительства, данные о назначении зданий и сооружений, видах и величинах нагрузки на фундаменты, составе и сроках предоставления материалов изысканий. На базе технического задания разрабатываются проект (программа) и смета изысканий. Инженерно-геологические исследования для обоснования возможности проектирования гидротехнических сооружений, объектов дорожного, промышленного и гражданского строительства выполняются по стадиям:
Технико-экономическое обоснование;
Технический проект;
Рабочий проект.
На первой стадии ведут поиск участков строительства на основе изучения и анализа литературных и фондовых материалов по району работ. На стадии технического проекта обосновывается выбор участка строительства по результатам небольшого объема проходки геологоразведочных выработок (скважин, шурфов), исследования физико-механических свойств грунтов, выполнения опытных работ. На стадии рабочего проекта на выбранном участке выполняется полный комплекс инженерно-геологических исследований в контурах будущих сооружений, включающий: изучение геологического разреза грунтов, лежащих в основании будущих сооружений, определение физико-механических и фильтрационных свойств грунтов, анализ водного и температурного режимов среды, окружающий фундаменты сооружений. В комплекс важнейших работ при детальных инженерно-геологических изысканиях входят проходка скважин и шурфов, геофизические работы, определение свойств грунтов полевыми и лабораторными методами. В процессе проходки скважин и горных выработок инженер-геолог ведет документацию, исследование, описание и выделение главных инженерно-геологических элементов участка работ, отбор образцов и проб, построение разреза, колонок, геологического плана участка. Большое значение при проведении работ на участке имеют отбор проб грунтов (монолитов) с сохранением в них всех основных физико-механических свойств и проведение опытных работ с испытываемыми грунтами в их естественном залегании для определения прочностных свойств (испытания для определения сопротивления грунтов сжатию и сдвигу, опытные наливы, опытная цементация пород, метод вращательного среза и т.д.). К опытным инженерно-геологическим работам относятся также динамические и статические зондирования грунтов. Статическое зондирование грунтов предполагает подготовку рабочей площадки, установку анкерных свай, монтаж и приведение установки в рабочее положение, вдавливание зонда в грунт, замер и запись результатов испытания, извлечение зонда, демонтаж анкерного устройства, перевод установки в транспортное положение. В зависимости от категории грунтов время работы бригады на одной точке составляет 1-2 часа. В состав бригады входят техник-геолог и 2 рабочих. Динамическое зондирование предполагает использование ударных нагрузок на зонд, для чего устанавливается штанга с зондом и пенетрационный молот, после этого происходит забивка зонда в грунт с фиксацией числа ударов на каждый шаг углубления. Состав бригады примерно тот же, что и при статическом зондировании. При зондировании грунтов 2-3 категории на глубину 10 метров затраты времени бригады на одной точке составляют ориентировочно 3 часа.
Для составления сметы на все виды инженерно-геологических работ применяют Справочник базовых цен на инженерно-геологические и инженерно-экологические изыскания для строительства.
8.8. Отбор, обработка и лабораторные исследования проб полезных ископаемых
На всех стадиях геологоразведочных работ широко применяется отбор различных проб (штуфных, керновых, бороздовых, литогеохимических и др.) с целью их последующей обработки и выполнения лабораторных анализов или технологических исследований. Все виды опробования должны выполняться с соблюдением требований методических и технологических инструкций, что обеспечить получение результатов возможно большей достоверности и точности. Отбор керновых и бороздовых проб может быть выполнен ручным, машинно-ручным и машинным способом. Основным направлением совершенствования процессов отбора и обработки проб является их механизация. В производственных организациях широко применяют электрические, пневматические ударные и дисковые (с использованием алмазных дисков) пробоотборники. Применение механизированных способов опробования повышает производительность и снижает себестоимость работ. Обработка проб включает их дробление, сокращение и подготовку к анализам и исследованиям. Обработка проб, как правило, выполняется централизованно, в дробильном цехе лаборатории предприятия. Комплексная установка для обработки рудных проб УКОРП производит дробление, измельчение, сокращение и отбор необходимого материала в лабораторную пробу – навеску массой 100-150 г из начальной пробы массой до 20 кг. При необходимости для дальнейшей обработки лабораторных проб, предусматривающей измельчение материала аналитических навесок до 0,044-0,074 мм, используются дисковые ЛДИ-60 и центробежные ЦИ-0,5 истиратели.
Методика лабораторных исследований и их организация зависят от условий их проведения. Лабораторные исследования, предназначенные для оперативной корректировки направления дальнейших поисковых работ (бурения скважин, проходки канав и др.) проводятся непосредственно в поле с помощью переносных химических лабораторий, портативных рентгенорадиометрических, ядерно-физических и других анализаторов. Основные объемы спектральных, химических, пробирных анализов, минералого-петрографических исследований выполняются в центральных лабораториях геологических организаций. Нередко используется подрядный способ выполнения лабораторных исследований при котором заключается договор на выполнение этих работ с другой организацией. Для экономии средств все пробы отправляют на более дешевые, с невысокой точностью виды анализов (например, полуколичественный спектральный анализ на 20-30 элементов), далее часть проб с низкими содержаниями полезных компонентов отбраковывается, а остальные отправляют на высокоточные, дорогие виды анализов (например, химические).