2 ПАЙДАЛЫ ҚАЗЫНДЫЛАРДЫ ҚАЗЫП ӨНДІРУДІҢ ӘДІСТЕРІ
2.1 Пайдалы кен орындарын қазып өндіру жөнінде жалпы мәлімет
Пайдалы қазындыларды өндіру ұғымын жер қойнауының қыртысынан немесе гидросферадан оларды алуды түсінуге болады. Пайдалы қазындыларды өндіру келесі тәсілдерді құрайды:
- пайдалы қазындыларды жерастылық әдіспен қазып өндіру;
- пайдалы қазындыларды ашық әдіспен қазып өндіру;
- пайдалы қазындыларды құрандық әдіспен қазып өндіру;
- пайдалы қазындыларды су қоймасы түбінен қазып өндіру;
- пайдалы қазындыларды су технологиялық тәсілмен қазып өндіру;
- пайдалы қазындыларды төтелдік тәсілмен қазып өндіру.
Пайдалы қазындыларды өндіру жұмысын тау-кен кәсіпорындары жүзеге асырады. Тау-кен кәсіпорындары деп барлау жұмыстарын жүргізетін, пайдалы қазындыларды қазып алуды және байытуды іске асыратын дербес өндірісті атайды. Пайдалы қазындыларды өндіруді және бастапқы байытуды жүзеге асырушы тау-кен кәсіпорнын кен кәсіпорны деп атайды. Кен кәсіпорны келесі түрлерге бөлінеді: шақты, кеніш (рудник), ашық кеніш (карьер), тілік (разрез), прииск. Шақты деп пайдалы қазындыларды жерастылық әдіспен қазып өндіруді жүзеге асыратын тау-кен кәсіпорнын атайды. Кеніш (рудник) деп кендерді (рудаларды), химиялық шикізаттарды және құрылыс материалдарын жерастылық әдіспен қазып өндіруді жүзеге асыратын тау-кен кәсіпорнын атайды. Бірнеше кеніштер (рудниктер) және байыту фабрикасы, сондай-ақ, сирек жағдайда металлургтік завод кен кәсіпорны комбинатына (кен-байыту, кен-металлургтік комбинат) біріктірілуі мүмкін. Ашық кеніш (карьер) деп пайдалы қазындыларды ашық әдіспен қазып өндіруді жүзеге асыратын тау-кен кәсіпорнын атайды. Тілік (разрез) деп көмірді өндіруді жүзеге асырушы ашық кенішті атайды. Прииск деп қымбат шашыранды металл кенін (алтын приискасын) қазып өндіруді жүзеге асыратын тау-кен кәсіпорнын атайды.
Кен орындарын қазу деп ашу, даярлау және тазартпа қазу бойынша орындалатын жұмыстардың жиынтығын атайды. Бұл жұмыстар кен орындарын қазудың сатылары болып саналады. Ашу және даярлау жұмыстары қазбаларды жүргізу арқылы жүзеге асырылады. Жүргізілетін қазбалардың кенжарларын даярлаушы кенжарлар деп атайды. Әртүрлі тәсілдерді қолдана пайдалы қазындыларды қазу (өндіру) жұмыстары тазартпа кенжарларында жүргізіледі. Көмірді қазу кезінде механикалық, ал кенді (руданы) қазу кезінде атылыс тәсілі қолданылады.
Жерасты қазу жұмыстары жерастылық тау-кен қазбаларын жүргізу қажеттілігімен тығыз байланысты. Қазып алынған пайдалы қазбалар жер бетіне тасымалданады.
Тау-кен қазбалары бойынша қазылған көмір сырмалық немесе таспалық науалармен (конвейерлермен), электровоздың көмегімен вагонеткалармен немесе шығырлармен (лебедкалармен), сондай-ақ, өз салмағының көмегімен тасымалданады. Кейбір жағдайда су көлігі қолданылады. Бұндай жағдайда көмірдің орнын ауыстыруы құбырлар немесе желоб бойынша су ағысында жүзеге асырылады. Кеніштердің кен алу блогіндегі кенді (руданы) тасымалдау үшін сырмалық жеткізу, дірілдек қондырғылар, тиеп-жеткізу машиналары, ал арналық (магистральдық) қазбалар бойынша локомотивті тасыма және автокөлік қолданылады.
Пайдалы қазындыларды және бос жыныстарды жер бетіне арнайы көтерме ыдыстармен, яғни скиптермен немесе клеттермен көтереді. Клетті шақтылық вагонеткаларды кіргізетін бұрылмалармен жабдықтандырады. Сондай-ақ, клетпен адамдардың, жабдықтардың және материалдардың түсіріліп-көтерілуін іске асырады. Көтеру машиналары мен жабдықтар жиынтығын шақтылық көтергіш деп атайды. Жер бетіне шығарылған пайдалы қазындыларды тұтынушыларға немесе байыту фабрикаларына жібереді, сондай-ақ, қоймаларға орналастырады.
Шақтыны қалыпты функцияландыру үшін бірнеше жұмыстар мен шараларды жүзеге асыру қажет. Оларға мыналар жатады: желдетпе. Желдетпе тау-кен қазбаларын және жұмыс орындарын ауамен қамтамасыз етеді; су төкпе. Ол тау-кен қазбаларына жиналған суды жер бетіне шығаруға және жинауға арналған. Жұмыс істейтін машиналар мен қондырғылар электр және қысым энергияларымен қамтамасыздандырылады. Терең шақтылар мен кеніштерге келме ауа салқындатылады. Кеніш ауасының температурасы тау-кен жыныстарынан бөлінетін жылудың арқасында артады. Қысқы кезде шақтыға берілетін ауа калориферлермен жылытылады. Көмір мен газдың кенеттен лақтырысын, тау соққысын және өздігінен тұтану өртін ескерту бойынша шаралар жүргізіледі. Апаттарды жою бойынша жұмыстар орындалады. Жер қойнауының күйі, қорлардың қимылы және тау-кен жұмыстарының дұрыс жүргізілуі, тау-кен жұмыстарын жүргізудің қауіпсіздік ережелерін сақтау бойынша бақылау жұмыстары іске асырылады. Тау-кен жұмыстарының әсерінен бүлінген жерді қалпына келтіру жұмыстары жүргізіледі.
Заманауи шақтылар мен кеніштердің жер беті блокқа топтастырылған ғимараттардың жиынтығын құрайды. Жер бетінде көтергіш машиналардың үйі, діңдер (коперлар), эстакадалар, электр подстанцияларының бөлмелері, механикалық шеберханалар, компрессорлар, әкімшілік тұрмыстық комбинат, әртүрлі қызмет атқаратын материалдық қоймалар орналасады.
Қазып алынған пайдалы қазбаның сапасын арттыру үшін оны байыту жүзеге асырылады. Осы мақсатпен бір немесе топты шақтыға арналған байыту фабрикасы салынады.
Пайдалы қазындыларды ашық әдіспен қазып өндіру кезінде барлық тау-кен жұмыстары жер бетіндегі ашық тау-кен қазбаларында жүргізіледі.
Жатыс жағдайларына байланысты тек қана пайдалы қазындыларды ғана емес, сондай-ақ, үлкен көлемді бос жыныстарды алады. Бұл жыныстарды аршынды (вскрышными) деп атайды.
Ашық тау-кен жұмыстары кезінде негізгі өндірістік үдірістерге мыналарды жатқызуға болады: тау-кен жыныстарын қазуға дайындау, жыныстарды қазып алу, тиеу және басқа орынға орналастыру, аршынды жыныстарды үйіндіге орналастыру, пайдалы қазындыларды тұтынушыларға жіберу немесе жинап қою.
Ашық тау-кен жұмыстарының негізгі артықшылықтары: комплекстік механикаландырудың және автоматтандырудың жоғары деңгейін қамтамасыздандыру мүмкіндігі. Бұл жоғары еңбек өнімділігін қамтамасыздандырады және қазуға жұмсалған шығынды азайтады; еңбек жағдайын жақсартады және біршама қауіпсіздендіреді; кәсіпорын құрылысына жұмсалатын күрделі сыбағалы шығынды азайтады; пайдалы қазындыларды толығымен қазып алу мүмкіндігі.
Ашық тау-кен жұмыстарының негізгі кемшіліктері: климаттық жағдайларға кейбір тәуелділігі; жер бетінің және жер қойнауы су балансының бұзылысы.
Көлдің, теңіздің, мұхиттың түбіндегі пайдалы қазындыларды қазып алу су қыртысы арқылы топырақ сорғыш снарядтармен, қапқыш элеваторлармен және бүріп тиегіштермен немесе жер бетінен өтілетін тау-кен қазбалары арқылы жүзеге асырылады.
Пайдалы қазындыларды геотехникалық тәсілмен қазып өндіру жер бетінен немесе тау-кен қазбаларынан төтелдерді бұрғылаумен, жер қойнауындағы Пайдалы қазындылардың физикалық немесе химикалық күйлерінің өзгеруімен және оларды төтелдер бойынша жер бетіне шығарумен негізделген. Қатты пайдалы қазындыларды тасымалдық күйге ауыстыру механикалық бұзылыспен, балқытумен, ерітумен, химикалық және бактериалды-химикалық өңдеумен жүзеге асырылады. Кең тараған тәсілдерге мыналар жатады: күкіртті жерасты балқыту; көмірлерді жерасты газдандыру; тұздарды жерасты еріту; металдарды бактериалды-химикалық сілтілеу (выщелачивание) және т.б.
Сұйық және газ тәріздес (мұнайды және табиғи газдарды) пайдалы қазындыларды алу үшін төтелдік өндіру кеңінен қолданылады. Мұнайды өндіру үдірісі мыналарды құрайды: тақта мен төтелдегі қысымның айырмашылығы арқасында тақта бойынша мұнайдың төтел кенжарына жылжуы; мұнайдың төтел кенжарынан жер бетінің аузына дейін жылжуы; мұнайды, газды және суды жер бетінде жинау және оларды бөлу. Газды кен орындарын қазып өндіру мыналарды құрайды: жер қойнауындағы газдарды шығару; газдарды жинау; тұтынушыларға газдарды тасымдауға дайындау.
2.2 Тау-кен жұмыстары және үдірістері жөнінде жалпы мәлімет
Тау-кен жұмыстары өндірістік және жұмыстық үдірістердің жиынтығын құрайды. Өндірістік үдірістер екі үдіріске бөлінеді: негізгі және көмекші. Кен өндіріс өнеркәсібінде негізгі өндірістік үдірістерге мыналар жатады: тау-кен қазбаларын жүргізу, тазартпа қазу, қазып алынған пайдалы қазбаны тасымалдау, пайдалы қазбаны байыту, жер бетінде пайдалы қазбаны түсіру. Көмекші үдірістер негізгі үдірістердің ойдағыдай орындалуына мүмкіндік жасайды.
Тау-кен жұмыстарын механикаландыру келесі түрлерге бөлінеді: қолдық, машиналық, сумен механикаландырылған, атылыстық, автоматтандырылған.
Қолдық тау-кен жұмыстары қол күшімен немесе әртүрлі құрал-саймандарды қолдана (күрек, лом, кайло, балға және т.б.) орындалады. Қол күшін кейбір операцияларды орындау кезінде қолданады. Ол операцияларға келесі жұмыстар жатады: тіреуді орнату, кенжарды шабақтау және тазалау, желдетпелік құбырды ілу, теспелерді оқтау және т.б.
Машиналық тау-кен жұмыстары әртүрлі тау-кен машиналарының көмегімен орындалады. Тау-кен машиналары электрлік, қысымдық немесе гидравликалық жүргізушіден тұрады. Тау-кен машиналары келесі түрлерге бөлінеді: уатпа машина, бұрғылық машина, тиегіш машина, тасушы машина, комбайндар. Комбайндар құранды машиналарды құрайды. Олар пайдалы қазындыларды немесе жыныстарды уатпалау, бұзу және көлікке тиеу жұмыстарын жүзеге асырады.
Сумен механикаландырылған тау-кен жұмыстары көмірді немесе жұмсақ жыныстарды жоғарғы энергияны құрайтын су ағысымен бұзуға негізделген. Бұл мақсатты жүзеге асыру үшін арнайы машиналар, яғни гидромониторлар қолданылады.
Атылыстық тау-кен жұмыстары кезінде атылғыш заттар және аттырыс тәсілдері қолданылады. Олар теспелерге және төтелдерге орналастырылады.
Автоматтандырылған тау-кен жұмыстары агрегаттық жиынтықты қолдануға негізделген. Олар тазартпа кенжарында адамдардың қатысуынсыз пайдалы қазындыларды қазу жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік жасайды. Көмір өнеркәсібінде көмірді автоматтандырылған қазудың әртүрлі үлгілері зерттеуден өтілген.
2.3 Қатты пайдалы қазындыларды бұзу тәсілдері
Тау-кен қазбаларын және тазартпа қазбасын жүргізу кен жұмыстары сияқты тау-кен жыныстарын бұзумен негізделген. Оларды өту кезінде келесі бұзу тәсілдері қолданылады: механикалық, атылыстық, гидравликалық, термикалық және электрофизикалық. Кен өндіріс өнеркәсібінің заманауи дамуы кезеңінде механикалық, атылыстық және гидравликалық бұзу тәсілдері қолданылады.
Шамалы қаттылықты жыныстар мен көмір бойынша тау-кен қазбаларын жүргізу және көмірді қазу кезінде механикалық бұзу тәсілі қолданылады. Механикалық бұзу тәсілімен көмірді қазу тазартпа комбайнның немесе жонғыштың атқару ағзасымен жүзеге асырылады. Бұндай жағдайда көмір массивтен бөлінеді, ұсақталады және кенжарлық науаға (конвейерге) тиеледі. Қазбаларды өту кезінде механикалық тәсілмен көмірлерді және жыныстарды бұзу ұңғымалық комбайнның атқару ағзасымен жүзеге асырылады.
Гидравликалық тәсілмен тау-кен жыныстарын бұзу су ағысының кинетикалық энергиясын қолданумен негізделген. Бұл тәсіл кейбір жағдайда көмірді жерасты қазу және ашық жұмыстарда үйіндіні бөліп қазу кезінде қолданылады. Гидромонитор деп үлкен жылдамдықты су ағысын басқара пайдалы қазындыларды немесе жыныстарды уатпалау және шаю кезінде қызмет атқаратын құрылғыны атайды.
Тау-кен жыныстарын бұзуда кең тараған тәсіл болып атылыстық саналады. Минералды шикізаттың жалпы массасының 90% шамасы атылыстық жұмыстардың көмегімен қазып алынады. Механикалық бұзу тәсілі тиімді болмаған жағдайда атылыстық тәсіл қолданылады. Қатты жыныстар бойынша тау-кен қазбаларын жүргізу және кен пайдалы қазбаларын өндіру кезінде оларды атылыстық бұзу жалғыз-ақ тәсіл болып саналады.
Пайдалы қазындыларды және жыныстарды атылыстық тәсілмен бұзу кезінде атылғыш заттар (АЗ) қолданылады. Тау-кен кәсіпорындарында атылыс жұмыстарын жүргізу үшін өнеркәсіптік атылғыш заттар (АЗ) қолданылады. Өнеркәсіптік АЗ екі түрге бөлінеді: сақтандырғышсыз (непредохранительное) атылғыш зат және сақтандырма (предохранительное) атылғыш зат. Тозаңның және газдың атылысына қауіпті көмір шақтыларында диаметрі 36 – 38 мм патрон тәріздес сақтандырма АЗ қолданылады. Олардың құрамына жалын өшірушілер (пламегасители) қосылады.
Сыртқы импульстің әрекетінен атылғыш заттың тез химикалық бұзылуы (от алдырылуы «детонация») байқалады. Бұл атылысқа себепкер болады. Атылыстың энергиясы массивтен жынысты айырады және оның ұсақталуын жүзеге асырады. Атылғыш зат оқтамасының от алдырылуы (детонация) капсюль-от алдырғыштың (детонатордың), электрлі от алдырғыштың (детонатордың) немесе от алдырғыш пілтенің (детонирующего шнура) көмегімен қоздырылуы арқасында іске асырылады. Капсюль-от алдырғыштар (детонаторлар), электрлі от алдырғыштар (детонаторлар) және от алдырғыш пілтелер (детонирующие шнуры) қоздыру амалдары (средствами инициирования) деп аталады. Олардың құрамына қоздырғыш АЗ кіреді. Қоздырғыш АЗ қуаты жоғары, қызуға және механикалық әрекетке өте сезімтал.
Атылыстың қызбаландырылу (возбуждения) тәсіліне байланысты қоздыру амалдары келесі түрлерге бөлінеді: оқтамаларды оттық, электрлік, электрлі-оттық және капсюльсіз аттырмалау тәсілдеріне. Оттық аттырмалау тәсілі кезінде (2.1 - сурет) капсюль-от алдырғыштың (детонатордың) (КД) атылысқа қызбаландырылуы от алдырғыш пілтенің (ОШ) ұшқынымен шақырылады.
2.1 – сурет - Капсюль-от алдырғышты (детонаторды) қолдану:
а - капсюль-от алдырғыш (детонатор); b – атылғыш заттың оқтамасы (заряды);
1 – гильза; 2 – қоздырушы АЗ; 3 – атылғыш зат; 4 – капсюль-от алдырғыш (детонатор); 5 – от алдырғыш пілте
Электрлік тәсіл кезінде (2.2 - сурет) электрлі от алдырғышқа (детонаторға) (ЭД) жылу импульсі электр тұтандырғыштан (от электровоспламенителя) беріледі, ал электрлі-отты тәсіл кезінде капсюль-от алдырғыш (детонатор) электр тұтандырғыштан жағылатын от алдырғыш пілтенің ұшқынынан атылады. Капсюльсіз тәсіл кезінде АЗ оқтамаларына қоздырушы импульс от алдырғыш пілтемен (детонирующим шнуром) беріледі. Капсюль-от алдырғыштың (детонатор) немесе электрлі от алдырғыштың (электродетонатором) қоздырылуы арқасында атылыс жүзеге асырылады.
2.2 – сурет - Электрлі от алдырғыштың (детонатордың) құрылғысы:
1 – тоқтың негізіне; 2 – қоздырушы АЗ; 3 – тұтандырғыш (воспламенитель)
Электрлік атылыс кезінде оқтамалардың бір қалыпты атылысы кешеуілдетпе электр от алдырғыштарды (электродетонаторов замедленного действия) (ЭДЗД) немесе мезеттік электр от алдырғыштарды (электродетонаторов короткозамедленного действия) (ЭДКЗ) қолданумен жүзеге асырылады. ЭДЗД аралық кешеуілділігі: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0; 8,0 және 10,0 с. ЭДКЗ аралық кешеуілділігі: 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 және 120 мс немесе 25, 50, 75, 100 және 125 мс. Шаң мен газ бойынша қауіпті шақтыларда оқтамаларды сақтандырғыш заматтық электр от алдырғыштардан (электродетонаторов мгновенного действия) (ЭДМД) және мезеттік электр от алдырғыштардан (электродетонаторов короткозамедленного действия) (ЭДКЗ) тұратын электрлік аттырмалау тәсілі рұқсат етіледі.
Атылғыш заттар жыныстарда пайда болған арнайы қуыстарға орналастырылады. Қуыстардың пішіндері мен өлшемдеріне байланысты атылыс жұмыстарын жүргізу келесі тәсілдерге бөлінеді: теспелік, төтелдік, үңгірлік (камералық) оқтамалар, бастырмалық (накладной) оқтамалар.
Атылыс жұмыстарының теспелік тәсілі кен сілемдерінің қуаты шамалы болған кезде кенді уатпалау үшін және тау-кен қазбаларын жүргізу кезінде қолданылады. Теспе деп атылғыш заттардың оқтамаларын орналастыруға арналған және диаметрі 75 мм-ге дейінгі, тереңдігі 5 м-ге дейінгі тау-кен жынысына тереңдетілген бойлама цилиндрді атайды. Теспелер келесі түрлерге бөлінуі мүмкін: жазық, көлбеу, тік құламалы және тік өрлемелі.
Жыныстарға теспелерді айналма, соқпа-бұрылысты, айналма-соқпалы және соқпалы-айналмалы әрекетті бұрғылау машиналарымен бұрғылау механикалық бұзумен негізделген. Жұмсақ және орташа қаттылықты (f < 10) жыныстарда теспелерді айналмалы әрекетпен бұрғылау қолданылады. Теспелерді айналмалы әрекетпен бұрғылау кезінде қол немесе ұстынды электр бұрғысы қолданылады. Соқпа-бұрылысты әрекетті бұрғылау орташа қаттылықты және қаттылықты жыныстарды бұрғылауда қолданылады. Қысылған ауамен жұмыс істейтін соқпа-бұрылысты әрекетті бұрғылау машинасын бұрғы балғалары (перфораторлар) деп атайды. Олар келесі түрлерге бөлінеді: қол бұрғы балғасы, бұрғы ұстыны және бұрғылау қондырғысының телескопты бұрғы балғасы.
Атылыс жұмыстарының төтелдік тәсілі блоктағы қуатты кен денесін массалы уатпалау, сондай-ақ, ашық тау-кен жұмыстарында кертпештердегі жыныстарды бұзу кезінде қолданылады. Төтел деп бұрғылау тәсілімен жыныста өтілген және тереңдігі 5 м-ден жоғары, диаметрі 75 мм-ден астам цилиндрлі пішінді қуысты атайды.
Үңгірлік (камералық) оқтамалар тәсілі кейбір жағдайда блоктағы кенді уатпалау үшін, сондай-ақ, жер бетінде массалы атылысты жүзеге асыру үшін қолданылады. Осындай мақсатпен арнайы тау-кен қазбасы өтіледі. Оларға атылғыш заттың шоғырланған оқтамалары (сосредоточенные заряды) орналастырылады. Олардың массасы бірнеше тоннаға дейін жетуі мүмкін.
Бастырмалық (накладной) оқтамалар тәсілі (2.3 - сурет) шойтасты (негабарита) ұсақтау, яғни кесек жыныстарды олардың пайда болған жерінде қосымша ұсақтау (қайталама ұсақтау) үшін қолданылады.
2.3 – сурет – Шойтасты ұсақтауға арналған бастырмалық (накладной) оқтама: 1 – капсюль-от алдырғыш (детонатор); 2 – тығындама; 3 – от пілтесі;
4 – атылғыш зат