Techniki urabiania skał.
Urabianiem nazywamy oddzielanie cząstek skały od calizny w taki sposób, aby otrzymać urobek o danym uziarnieniu, a wyrobisko posiadało projektowany przekrój poprzeczny
Zasadniczy wpływ na wybór sposobu urabiania mają chemiczne i mechaniczne właściwości skał, szczelinowatość, liczba i wielkość powierzchni odsłonięcia złoża, grubość złoża. Najczęściej stosowane sposoby urabiania to:
Materiały wybuchowe
Materiał wybuchowy to związek chemiczny lub ich mieszanina, który pod wpływem bodźca zewnętrznego zdolny jest do gwałtownej reakcji chemicznej, przy której wydziela się duża ilość ciepła i gazów lub par, przy równoczesnym dużym stężeniu energii.
Wybuch to gwałtownie przebiegająca reakcja, której towarzyszy wykonanie pracy mechanicznej oraz efekty akustyczne i świetlne.
Podział górniczych materiałów wybuchowych (GMW) ze względu na stopień bezpieczeństwa:
- skalne (brak bezpieczeństwa wobec metanu i pyłu węglowego)
- węglowe (bezpieczny wobec pyłu węglowego)
- powietrzne ( bezpieczny wobec pyłu węglowego i metanu do 1%)
- powietrzne specjalne (bezpieczny wobec pyłu węglowego i metanu do 1,5%)
Do użycia MW potrzebne są środki inicjujące (lont detonacyjny, spłonki górnicze, opóźniacze, zapalniki elektryczne ostre) oraz wszelkiego rodzaju maszyny do robienia otworów strzałowych (wiertarki, wozy wiertnicze).
Urabianie mechaniczne
Z uwagi na możliwość urabiania mechanicznego skały dzielimy na:
bardzo zwięzłe - nie urabialne mechanicznie; urabianie tylko poprzez MW,
skały średnio i mało zwięzłe - urabialne mechanicznie.
Dzielimy na:
Urabianie w chodnikach (wyrobiskach korytarzowych) - są one wykonywane najczęściej w skałach zwięzłych łatwo urabialnych (węgiel, łupki, sól kamienna), drążone za pomocą kombajnów chodnikowych. Kombajn jest maszyna urabiająco-ładującą. Ze względu na sposób urabiania calizny można wyróżnić kombajny z urabianiem punktowym, liniowym i powierzchniowym.
Urabianie kombajnami ścianowymi - stosowane w podziemnych kopalniach węgla kamiennego, w których podstawowymi systemami eksploatacji są systemy ścianowe. Obecnie najczęściej stosuje się kombajny bębnowe, które skrawają caliznę za pomocą noży osadzonych na obracających się zwojach ślimakowych. Stosuje się je w warstwach o grubości od 0,7 do 3,5m. zabiór wynosi 0,6- 0,8m.
Urabianie strugami - strug jest ścianową maszyną urabiającą przemieszczaną wzdłuż przenośnika zgrzebłowego za pomocą napędu łańcuchowego. Zasadniczym elementem jest głowica uzbrojona w noże, która ciągnięta wzdłuż ściany i dociskana przez przenośnik powoduje skrawanie calizny węglowej. Głębokość skrawu wynosi od 5 do 30 cm a wysokość zabioru wynosi od 0,4 do 2,5m. Zalety struga: możliwość urabiania bardzo cienkich pokładów), prosta konstrukcja urządzeń i łatwość ich obsługi oraz większy uzysk grubych sortymentów
Ługowanie
Eksploatacja z użyciem wody polegająca na rozpuszczeniu kopaliny (najczęściej soli) to ługowanie zwane też halurgią. W wyniku procesu ługowania powstaje solanka czyli ług. Metoda ługowania jest metodą otworową, choć może też polegać na omywaniu złoża wodą z wyrobisk podziemnych.
Wyróżnia się ługowanie: komorowe (eksploatacja pola), natryskowe (stosuje się przy drążeniu chodników, szybików i komór wstępnych), otworowe z powierzchni, z izolacją stropu (stosuje się dla lepszej kontroli ługowania).
Wytapianie siarki
Podziemny wytop siarki odbywa się metodą otworową. Oparty jest z jednej strony na doprowadzeniu i przekazywaniu energii cieplnej do złoża, a z drugiej - na odprowadzeniu ze złoża stopionej siarki, w wyniku oddziaływania ciepła. Medium wytapiającym jest woda, której temp. na dnie otworu powinna wynosić ok. 160 stopni C (tzw. woda przegrzana). Siarka topi się w temp ok. 120 stopni C
Ługowanie rud metali (chemiczne)
Chemiczne sposoby ługowania rud polegają na doprowadzeniu do złoża odpowiednich substancji chemicznych, które powodują rozpuszczenie i ługowanie wybranych składników użytecznych zawartych w złożu. Taką eksploatację można prowadzić z wyrobisk podziemnych, otamowując odpowiednie pola, na powierzchni ługując złoża ubogie lub składowiska rudy pozabilansowej, prowadząc eksploatację otworową z powierzchni.
Hydromechaniczne
Wodę pod ciśnieniem wykorzystywano od dawna w kopalniach węgla kamiennego w celu poprawy urabialności, zmniejszenia zapylenia w czasie urabiania czy zmniejszenia skłonności skał do tąpań i wyrzutów. Efekty te uzyskuje się w wyniku statycznego wtłaczania wody do otworów wywierconych w caliźnie węglowej. Wodę wtłacza się pod ciśnieniem 30 MPa. Woda wnika do szczelin i porów, powodując poszerzenie szczelin i częściowe osłabienie calizny. Wokół otworów tworzy się strefa skał spękanych i zwilżonych.
Typowe urabianie hydromechaniczne polega na oddzieleniu od calizny cząstek skał za pomocą strumienia wody. Urządzeniami urabiającymi są hydromonitory.
Strumień wody powstający w hydromonitorach dzieli się na:
- niskociśnieniowe d=50 do 150mm, pw=1 MPa
- średniociśnieniowe d=15 do 30mm, pw=6 MPa
- wysokociśnieniowe d=1 do 5mm, pw=25 MPa
- superwysoko ciśnieniowe d<1mm, pw=120 Mpa.
Inne: Podziemne zgazowanie węgla
Złoża węgla kamiennego można wykorzystać gospodarczo poprzez podziemne zgazowanie. Sposób ten polega na zamianie węgla bezpośrednio w miejscu zalegania na gaz o wartości przemysłowej.