Техника

Библиотека

наука

Современные технологии и производство

Детская энциклопедия
оглавление

Добыча угля и руды

Подземный забой

Современные предприятия горнодобывающей промышленности - это настоящие заводы. Завод для подземной добычи - шахта, для открытой - карьер.

Шахта начинается с глубокого колодца или наклонного туннеля - ствола. Ствол шахты и строят (горняки говорят - проходят) так же, как колодец: его углубляют сверху вниз, все время укрепляя стенки, чтобы они не обваливались.

Проходчики шахтных стволов работают с перфораторами - машинами, которые с помощью сжатого воздуха бурят скважины под взрывчатку. Взорванную породу грузят в стальные бадьи специальными машинами - грейферами, челюсти которых приводятся в движение тоже сжатым воздухом. Установленные наверху над стволом подъемные машины вытаскивают камень в бадьях на поверхность. А крепят стенки шахтных стволов бетоном, или железобетоном, или чугунными кольцами - тюбингами.

Иногда стволы бурят, как обыкновенные скважины. Но для этого нужны очень сложные и громоздкие агрегаты (ведь диаметр ствола - несколько метров!), и бурить стволы удается пока только в сравнительно мягких породах.

Назначение ствола - подъем на-гора полезного ископаемого, спуск и подъем в шахту людей и машин, подача в шахту свежего воздуха.

Внизу от ствола в разные стороны отходят подземные коридоры - штреки. В них уложены рельсовые пути или установлены конвейеры. По этим штрекам к шахтному стволу подвозят уголь или руду.

Если идти по штрекам от ствола, то в конце концов попадешь в забой - туда, где полезное ископаемое отделяют от пласта и грузят на конвейер или в вагонетку. (На угольных шахтах забои называют лавами.)

Почти все работы в шахте теперь выполняют машины. На разных шахтах они бывают разными, в зависимости от того, какое полезное ископаемое добывают под землей - сравнительно мягкое или более твердое. Например, каменный уголь можно резать. А твердую железную или медную руду приходится взрывать.

В подземном забое угольной шахты работают разные машины: горные комбайны, врубовые машины, угольные струги...

Современная шахтерская лампа.

0490-1.jpg

Схема угольной шахты: 1 - железнодорожные пути ; 2 - отвал породы (террикон) ; 3 - подвесная дорога ; 4 - бункер для погрузки угля в вагоны;
5 - подъемное сооружение (копер) главного ствола; 6 - надшахтное здание; 7 - копер вентиляционного ствола; 8 - склад крепежных материалов; 9 - здание вентилятора; 10 - здание подъемной машины; 11 - откаточные горные выработки; 12 - главный ствол; 13 - конвейерный штрек; 14 - забой; 15 -пласт угля.

0490-2.jpg

Горный комбайн для добычи полезных ископаемых (справа) и механизированная гидравлическая крепь.

0490-3.jpg

Проходческий комбайн. Он применяется для проведения горных выработок.

0490-4.jpg

К главному стволу уголь везут по штреку поезда из вагонеток.

0490-5.jpg

Породопогрузочная машина.

0490-6.jpg

Горный комбайн кроме режущего устройства снабжен механизмом для погрузки угля на конвейер. Он одновременно разрезает угольный пласт, отбивает от него куски, измельчает их и грузит на конвейер.

А угольный струг - это нечто вроде огромного рубанка, которым, протягивая его на стальных цепях взад и вперед, строгают пласт угля.

Но существуют и такие шахты, где нет ни комбайнов, ни стругов, ни конвейеров. Уголь здесь рубят струей воды. Главная машина на такой шахте -гидромонитор, похожий на пушку с коротким стволом или на огромный пожарный брандспойт.

Вырываясь из ствола гидромонитора под давлением в несколько мегапаскалей, струя воды ударяет в пласт угля и отбивает от него куски разного размера. Потом поток воды подхватывает этот уголь и по желобам, проложенным в штреках гидрошахты вместо конвейеров, несет его из забоя. А дальше насосы подают уголь вместе с водой по трубам на-гора. Здесь вода с углем попадает в специальные бассейны - отстойники.

Когда весь уголь, даже самый мелкий, осядет на дно, воду из бассейна направляют по трубам опять в шахту, она снова проделывает весь свой рабочий путь - рвется из сопла гидромонитора, рубит уголь, "везет" его из забоя...

На рудниках, где добывают железную, медную, никелевую и другие крепкие руды, забои выглядят совершенно иначе. Первыми туда приходят бурильщики, они сверлят в каменной стене отверстия -скважины. Затем в скважины закладывают патроны взрывчатки. Все покидают забой, по проводам взрывник посылает электрический ток в запал. Взрыв - и часть забоя превращается в раздробленные куски руды.

После того как вентиляторы очистят воздух в забое от образовавшихся во время взрыва газов, туда въезжает погрузочная машина. Она грузит отбитую руду в вагонетки, а потом электровоз везет их по штреку к стволу.

В последние годы на рудниках работает все больше самоходных безрельсовых машин на автомобильных колесах - буровые станки, экскаваторы и погрузочные машины, самоходные вагонетки, самосвалы.

Часть шахтерского труда взяла на себя автоматика. На Дегтярском медном руднике на Урале, на котором часть металла извлекают из-под земли с водой, многие машины и механизмы работают без машиниста. На дверях зала, в котором находится подъемная машина, висит замок: машиниста нет, а машина исправно выдает на-гора сверкающую блестками медного колчедана руду. Без машинистов работают и насосы, откачивающие подземную воду.

Забой под открытым небом

Каменный и особенно бурый уголь, фосфориты и серу, железную и никелевую руду и бокситы все больше добывают не в шахтах, а под открытым небом. А это значит - полная безопасность и чистый воздух для горняков, могучие машины и дешевые руда и уголь.

С каждым годом машиностроители выпускают все более мощную технику, которая удешевляет строительство карьеров. И потому ежегодно увеличивается число карьеров, так как при современном уровне техники выгоднее строить карьер, чем шахту. Как правило, карьеры строят с помощью экскаваторов и автомобилей-самосвалов или электровозов с вагонами, самоопрокидывающимися при разгрузке,-думпкарами. Экскаваторы постепенно срывают породу над залежью, а самосвалы или железнодорожные составы думпкаров отвозят ее в сторону и сбрасывают в отвал.

Если "крышка сундука" состоит не из песка или глины, а из твердых пород, например крепкого известняка, то камень сначала взрывают.

А Лебединский карьер на Курской магнитной аномалии, где масса этой "крышки" составляла 32 млн. т, помогли строить... корабли. Правда, не обычные корабли, а плавучие земснаряды. Сначала над залежью железной руды экскаваторы выкопали большую яму - котлован. Когда его заполнили грунтовые воды (а подземной воды на Курской магнитной аномалии целое море), туда спустили земснаряды.

В карьере. Справа: схема добычи открытым способом.

0490-7.jpg

Автосамосвал «БелАЗ-548» грузоподъемностью 40 т.

0490-8.jpg

Плавучий земснаряд - это небольшой корабль с ажурной стрелой, как у подъемного крана. К стреле прикреплена стальная фреза. Когда стрела опускается, фреза упирается в дно котлована и, вращаясь, разрушает это дно. Куски разрушенной породы вместе с водой затягиваются в воронку землесоса и мощными насосами по трубам выносятся из котлована далеко в степь.

Карьер построен. Сейчас он напоминает гигантский стадион: огромные уступы суживающейся лестницей спускаются к его дну. Если заглянуть вниз, то огромный карьер покажется совершенно безлюдным. И действительно, в карьере работает мало людей - гораздо меньше, чем в подземном руднике, хотя руды здесь добывают много больше, чем в самом большом подземном руднике.

На карьере работают такие машины, которые в шахте, под землей, просто бы не уместились. Например, буровые станки с горелками, действующими по принципу жидкостного реактивного двигателя. В камеру сгорания поступают керосин и кислород, а из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью вырывается раскаленная до нескольких тысяч градусов

Цельсия струя газов. Эта струя мгновенно нагревает дно скважины, порода растрескивается на большие чешуйки, которые уносятся на поверхность теми же газами и паром, образующимся при охлаждении горелки водой. Масса такого станка составляет десятки тонн, по карьеру он передвигается на гусеницах, как танк. Над гусеницами возвышается кабина и высокая ажурная мачта.

Ковш современного шагающего экскаватора может захватить до 25 м3 породы и перенести ее на расстояние 76-100 м.

0490-9.jpg

Машинист проверяет на пульте по показаниям приборов давление кислорода, керосина и воды и включает станок. Прикрепленная к мачте станка реактивная горелка опускается, из ее сопел с грохотом вырывается раскаленная багровая струя газов. Минута - и горелка входит в крепчайший кварцит, как нож в масло. Грохот превращается в еле пробивающийся из-под земли гул. Только по белому пару, клубящемуся над скважиной, видно, что станок работает.

На других уступах карьера буровых станков не видно. Они уже сделали там свое дело - пронизали скалу скважинами. Потом эти скважины заполнили взрывчаткой, руду взорвали. Там теперь работают скальные экскаваторы. Ковшом, в котором помещаются десятки тонн камня, экскаватор зачерпывает раздробленный кварцит и грузит его в вагоны.

А на Уралмашзаводе в Свердловске проектируют машины еще более гигантских размеров - в их ковше будет помещаться больше камня, чем в железнодорожном вагоне. Гиганты экскаваторы будут ссыпать выкопанный ими грунт прямо в отвал. Для того чтобы порода из отвала не помешала работе карьера, у шагающих экскаваторов имеется стрела длиной 75-100 м. На такое расстояние они могут отнести наполненный грунтом ковш. Стоит только посмотреть на шагающий экскаватор - и сразу становится понятным, почему карьер намного производительнее шахты. Невозможно даже представить себе такую махину под землей.

За последние годы все больше карьеров строят без железнодорожных путей, руду и пустую породу возят там специальные карьерные автосамосвалы. В этом есть свои преимущества. Ведь в отличие от завода на карьере (как и на шахте) рабочее место -забой, уступ - все время движется. Выкопают руду в одном месте и переходят в другое. Экскаватору или тем более автомобилю передвинуться на новое место недолго и проще, чем переносить железнодорожные пути.

Чтобы работать с карьерными экскаваторами, нужны очень большие автомобили. Чем больше ковш экскаватора, тем больше должен быть и кузов автомобиля, иначе экскаватор не сможет набирать полезное ископаемое полными ковшами. Поэтому на карьерах работают самосвалы-гиганты, которые перевозят за один раз по 70 т груза.

Машины непрерывного действия

Но машины, о которых сейчас шла речь,- и экскаваторы, и электровозы, и автосамосвалы - не самые совершенные из существующих. Автомобиль сначала стоит под погрузкой, потом едет с грузом, потом разгружается, потом порожняком возвращается к экскаватору. Полезная работа тут - только поездка с грузом, а все остальное - потеря времени.

Драга — плавучее сооружение для добычи золота из прибрежных россыпей.

0490-10.jpg

Огромный роторный экскаватор непрерывно подает породу на конвейер. Его рабочий орган - колесо с черпаками, а не ковш, как у обычных экскаваторов.

0490-11.jpg

На железнодорожном транспорте при погрузке и разгрузке теряется времени еще больше. Экскаваторы большую часть времени тратят на повороты от забоя и к забою и на разгрузку ковша, а на собственно копание - значительно меньше. Для всех этих машин характерна работа с перерывами, они - машины периодического действия.

Там, где полезное ископаемое и пустые породы, в которых оно залегает, относительно мягкие, можно применить еще более производительные машины -машины непрерывного действия. У нас в стране они работают, например, в буроугольных и марганцевых карьерах на Украине.

Главная из этих машин - роторный экскаватор. Его назначение - копать. Но делает это роторный экскаватор совсем не так, как обычный ковшовый. На конце его ажурной стальной фермы вращается ротор - колесо с черпаком. Непрерывный поток угля, руды или пустой породы сыплется на конвейер, уносящий его от роторного колеса. За один час роторный экскаватор выкапывает и грузит на конвейер 3000 м3 - больше, чем 10 четырехкубовых скальных экскаваторов. Здесь нет ни порожних рейсов, ни потерь времени на погрузку и разгрузку. Людей на таких машинах еще меньше, чем в любом карьере.

Машины непрерывного действия другого типа -драги - добывают золото из россыпей. Драга - это своеобразный корабль, немного похожий на земснаряд, но более сложный. Драга оснащена черпаками, беспрерывно захватывающими со дна водоема золотоносный песок, который тут же, на борту, промывается.

Золото остается на драге, а пустой песок конвейеры уносят на берег. Чтобы драга могла работать и в небольших речках, нередко устраивают специальные запруды.

Драгами можно добывать не только золото, но и другие полезные ископаемые, которые содержатся в россыпях,- вольфрам, торий.

Нефтяные вышки в море.

0490-12.jpg



С описанием услуги экскаватора.

Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-