Горное образование

СОДЕРЖАНИЕ

1. Как развивалась высшее горное образование на Украине  3
2. Охарактеризуйте круг задач, которые решает на производстве горный специалист  5
3. История развития горного дела  8
4. Элементы и формы замечания угольных пластов  17
5. Наименование и назначение горных выработок  19
6. Коротко про системы разработки угольных пластов  22
7. Требование к современному руководителю  29

Список использованной литературы  30

1. Как развивалось высшее горное образование на Украине.

Начало высшему горному образованию  у нас в стране положено в 1773 году, когда в Петербурге открывается Горное училище, которое явилось одним из первых в мире технических учебных заведений.

Первые высшие горные школы были открыты в Остраве и Фрайберге  в XVIII века. В 1724 году в Екатеринбурге открывается первая в России горная школа повышенного типа. Промышленное освоение месторождений угля в Донбассе началось в 1975 году, когда были заложены первые шахты (г. Лисичанск).

В 1872 году на территории Украины впервые  открывается Лисичанская штейнгерская школа. Через четыре года состоялся первый выпуск штейнгеров.

С 1804 года Горное училище в Петербурге именуется Горным кадетским корпусом, с 1833 года – институтом корпуса горных инженеров, с 1866 года – Горным институтом, сейчас это Национальная горная академия. В ней обучались выдающиеся деятели горной науки Г.И. Бокий, А.П. Герман, И.М. Губкин, А.П. Карпинский, В.Н. Обручев, А.А. Скочинский, А.И. Тимме и дру.

В 1899 году открывается Екатеринославское  высшее горное училище (г. Днепропетровск), а в 1926 году основан Донецкий политехнический институт.

Сейчас специалистов горного профиля на Украине выпускают семь институтов, университетов и академий. Только в одной Национальной горной академии (г. Днепропетровск) работает более 150 профессоров, докторов наук и 400 доцентов, кандидатов наук. По ряду направлений горной науки академия занимает ключевые позиции, одновременно являясь, головной в области высшего горного образования Украины. Из общего числа выпускников вузов горного профиля 37% составляют специальности «Горные машины и комплексы», «Электрификация и автоматизация горных работ», 24% - специальности «Технология и комплексная механизация подземной разработки месторождений полезных ископаемых».

2. Охарактеризуйте круг задач, которые решает на производстве горный специалист.

Специалист горный инженер –  электромеханик готовится в институте для производственно-технологической, организационно-управленческой, проектно-конструкторской и исследовательской деятельности в области горного машиностроения и оборудования горных предприятий в соответствии с полученной специальностью.

Специалист должен знать:

• основные общетеоретические дисциплины в объеме, необходимом для решения производственно-технологических, проектных, конструкторских и исследовательских задач;
• общеинженерные дисциплины и дисциплины общетехнологического цикла, в том числе, начертательную геометрию, машиностроительное черчение, теоретическую и прикладную механику, основные электроники, теплотехнику, гидравлику и гидравлические машины, сопротивление материалов, материаловедение и технологию конструкционных материалов, теорию механизмов и машин, детали машин и др.;
• специальные дисциплины, раскрывающие технологические функции, методы создания и производства горных машин, а также автоматизированных машинных комплексов, оборудования. средств комплексной механизации горного производства, основы теории рабочих процессов горной и горнотранспортной техники;
• физику горных пород и процессы горного производства, энергоснабжение, электро- и гидропривод горных машин, устройство стационарных машин и установок, способы повышения их надежности и долговечности;
• общую технологию горного машиностроения и основы построения и расчет технологических процессов их автоматизации и механизации, методы проектирования производственных операций в горном машиностроении, технологическое оборудование и принципы организации специализированных машиностроительных предприятий и участков;
• вопросы взаимозаменяемости, стандартизации и технических измерений, основные направления и перспективы развития горного производства и машиностроения, методы проведения научных исследований и основы технического творчества по профилю специальности;
• экономику отрасли и предприятия, основы организации, планирования и управления производством и качеством продукции, вопросы охраны труда и окружающей среды, основы права, патентоведения и научной организации труда;
• современную компьютерную технику и применение ее в проектировании и эксплуатации горной техники, организации и управления производством, в научных исследованиях и постановках эксперимента.

Специалист должен иметь:

• проектировать и эксплуатировать горные и горнотранспортные машины и автоматизированные комплексы, производя все необходимые расчеты и осуществляя авторский надзор за реализацией проектных решений, организовать монтаж, накладку, испытания, рациональное использование и техническое обслуживание горной техники, анализировать условия и режимы ее работы, оценивать уровень автоматизации производства, выбирать стандартное и вспомогательное образование;
• разрабатывать, планировать и организовывать технологические процессы производства и обработки деталей, сборку узлов и агрегатов горных машин и комплексов, выбирать оптимальные условия проведения этих процессов и  управлять ими с применением средств автоматизации, вычислительной техники, выдвигать предложения по усовершенствованию производимых операций и внедрять новую прогрессивную технологию пользоваться современными методами контроля технологических процессов, качества материалов и выпускаемой продукции;
• рассчитывать экономическую эффективность внедряемых технологических решений, производить научные исследования и эксперименты по профилю специальности как в производственных, так и в лабораторных условиях на опытно-промышленных установках, обрабатывать и анализировать полученные результаты;
• использовать автоматизированные системы проектирования и современную вычислительную технику;
• самостоятельно принимать решения, разрабатывать и вести техническую документацию, организовывать и способствовать развитию технического творчества ИТР и рабочих на производстве;
• осуществлять мероприятия по предотвращению производственного травматизма и профессиональных заболеваний;
• владеть рациональными приемами поиска и использования научно-технической информации;
• овладевать искусством управления людьми, коллективами рабочих, техников, инженеров, заботится об улучшении технико-экономических показателей работы смены, бригады, участка.

3. История развития горного дела

Горное дело зародилось в глубокой древности одновременно с возникновением человеческого общества и имеет богатую и славную историю.

Начало каменного века свидетельствует  о зарождении древнейшего горного  дела и совпадает по времени с  возникновением человеческого общества.

Наиболее протяженный этап развития горного дела составила т.к. эпоха горный орудий. Изначально целенаправленной разработке недр предшествовал длительный период собирательства каменного сырья (2 млн. – 35 тыс. лет назад). Этот период характеризуется отбором с поверхности Земли каменных материалов, которые могли быть применены непосредственно или после несложной обработки для резания или рубящих действий. Установлено, что наряду с доминирующим кремнем человек использовал в этот период около десятка горных пород (яшма, обсидиан, сланец, кварцит, доломит и др.), а также минеральные краски (охра). Собрание кремневого материала на протяжении палеолита привело к заметному истощению поверхностных залежей качественного кремня, поэтому в эпоху мезолита и неолита собирательство постепенно сменяется целенаправленной добычей с некоторой глубины.

В это время в качестве примитивных  горных орудий используются вначале  камень, позже – роговые орудия. Возникновение земледелия и скотоводства (около 10 тыс. лет назад) привело к  выделению ремесла по изготовлению каменных орудий. Появляются молоты, топоры, кайла, мотыги, кирки, клинья для горных работ, формируется система приемов применения этих орудий. Археологические реконструкции показали, что для выемки залежей кремня, обнажающихся в оврагах и балках, проводились горизонтальные выработки, а применительно к пластам или конкрециям – вертикальные выработки в виде котлованов, а позже – стволов шахтного типа. Желание отработать максимальную площадь залежи приводило к созданию расширений в забойной части к сбойке стволов под землей, что потребовало деревянных распорок для предотвращения обрушения горных пород.

Возможность обработки камня посредством  пиления и сверления привела  к использованию исходного сырья  крепких и абразивных горных пород (гнейсы, диабазы), а также нефрита. Древнейшие сверла представляли собой деревянные стержни с закрепленными на концах каменными наконечниками.

В начала четвертого тысячелетия до н.э. (что, конечно же, весьма условно) каменный век сменяется медным. Спор о прародине металла имеет  давнюю историю. Выдающийся шведский археолог Мактелиум приписывал открытие металлургии меди давно исчезнувшим шумером (юг современного Ирака), француз Навиль – легендарный хамитам Южной Аравии, О'Лери доказывал, что честь первооткрывателей металла принадлежит армяноидной расе, жившей вокруг горы Арарат. И все же самые древние украшения из меди были обнаружены при раскопках неолитического «города» Чатал-Хююк в Анатолии (современная Турция) и датируется шестым тысячелетием до н.э. Однако от первых медных бусинок и иголок до разработки руд и изготовления медных орудий лежал путь длиной в тысячелетия.

Медный век ознаменовал возникновение  металлургии (термин – от греч. metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металл), которая в течении многих веков до выделения в отельную область науки и техники, будет важнейшей составляющей горного дела.

Металлические богатства доставались  людям чрезвычайно трудно. Сначала нужно было найти руду, затем извлечь ее из недр, освободились от пустой породы, выплавить из минералов металл и только после этого сделать из него орудия. Высокая крепость рудных тел и вмещающих пород значительно затрудняла их выемку даже с помощью медных и бронзовых орудий, хотя их применение существенно расширило технические возможности разработки.

Важным этапом развития техники  и технологии горных работ становится способ искусственного ослабления прочности массива с помощью п????а. Для осуществления способа перед плоскостью забоя раскладывали костер, нагретые породы обливали водой, а в образовавшиеся трещины каменными кувалдами забивали деревянные клинья. Затем клинья смачивали, и при разбухании они отрывали породные глыбы от массива. Иногда вместо деревянных клиньев использовали металлические плоские и четырехгранные. Их загоняли в трещины, расшатывали каменные блоки и разбивали их кирками.

Добыв в выработках куски породы с вкрапленными в них минералами меди, древний горняк раскалывал их молотком и подвергал ручной сортировке, отделяя пустую породу от руды.

В бронзовом веке наряду с медными  рудами добывали золото, олово, свинец, мышьяк. В это время появляются первые горные чертежи. Сохранился древнеегипетский папирус, на котором показана схема шахты по добыче золота. Следует отметить, что подземные горные работы опережали открытые, хотя последние также имели некоторое распространение.

В период ранней бронзы в одно из направлений горного дела выделилась добыча и обработка каменных блоков, связанная с сооружением мегалитов-монументов из массивных каменных глыб.

Наиболее крупных масштабов  деятельность по добыче и обработке  строительных блоков достигла в Древнем Египте при сооружении пирамид. Для отделения от массива блоков геометрически правильной формы по заранее размеченной поверхности металлическими долотами выдалбливались канавки и вертикальные углубления по деревянные клинья. Смоченные клинья набухали и отрывали монолит от массива.

В середине 3-го тысячелетия до н.э. горняки Малой Азии (район Анатолии) начали добывать и обрабатывать железную руду.

Стимулом к расширению горного производства становится дальнейшее развитие торговли рудой, металлами, солью, мраморам, драгоценными камнями, минеральными красками и другими полезными ископаемыми. Железный молот и кайло становятся основными орудиями горного производства, что позволило повысить технологию и интенсивность горных работ.

В первом тысячелетии до н.э. в Древнем Китае начинают добывать каменный уголь, используя его как топливо. Здесь же велась разработка растворов каменной соли. Для их добычи бурились ударным способом скважины диаметром 12-15 см и глубиной до 100 метров и более.

К VII в. до н.э. относится одно из первых упоминаний о колодцах для добычи нефти.

Дальнейшее развитие горного дела происходит на фоне возникновения и  расцвета античных государств – Древней  Греции и Древнего Рима. Особенностью этого периода является зарождение научных школ и систематизация естествознания. Так в 6 веке до н.э. складывается т.н. милетская школа, представителем которой (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен и др.) пытаются дать научное объяснение происхождению недр, возникновение полезных ископаемых.

В 4 веке до н.э. Аристотель в книге «Метеорология» говорит о горных камнях, называемых «углеподобными веществами» говорит о горных камнях ископаемого угля и делает сравнение его с древесным, который иногда использовался для выплавки металлов. В І веке выходит первая систематизация и описание разрабатываемых минералов, даны наставления по ведению горных работ.

Представляют интерес приведенные Г???????????м сведения о вентиляции горны выработок. «Чтобы обнаружить опасность для земляков, опускают горящую лампу, которая в этом случае гаснет. Тогда вблизи колодца, справа или слева, выкапывают воздушные каналы, по которым отходят опасные испарения. Для проветривания непрерывно машут полотнами». Описанная «техника» свидетельствует о проблеме вентиляции, как факторе, ограничивающем возможности ведения горных работ.

В античный период практическое применение в горном деле получают геометрические измерения. Используются также достижения механики, которые применяют в  приспособленных для подъема  и водоотлива.

Таким образом, зарождение в странах античного мира естествознания создало основу для механизации средств и способов ведения горных работ, для возникновения первых машин.

Подводя итого эпохи горных орудий, следует отметить, что, несмотря на крайнюю раздробленность горных промыслов, примитивную организацию труда, изоляцию горняков в отдельные профессиональные кланы, слабый обмен опытом между регионами, - анализируемая эпоха все же заложила основы горного производства, чем обеспечила человечество возможностями противостоят стихийным силам природы, создавать ценности материальной и духовной культуры.

Становление эпохи горных машин  связано с возникновением мануфактурного производства, которое начиная с  XVI века становится двигателем научно-технического прогресса в Европе.

В XVI веке выходит энциклопедический печатный труд немецкого ученого Георга Агрикулы (1494-1555 гг.) «О горном деле и металлургии», в котором он обобщил образ и опыт горно-металлургического производства своего времени и описал применяемую технику для ведения горных работ.

В первую очередь механизация затронула  процесс подъема из шахты добытого полезного ископаемого, как один из наиболее трудоемких и относительно легко механизируемых. Для подъема  бадей широко использовали машины, в которых канат навивал на вал ворота под действием ручной силы рабочих. Подъемная машина, как правило находилась в шатре (здании), предохраняющем ствол от затопления дождевыми водами.

На крупных рудниках использовали систему шахтного подъема с конной тягой. Такой машиной можно было поднимать бадьи из шахтного ствола глубиной до 70 метров.

Одной из наибольших проблем, с которыми приходилось сталкиваться горнякам, был приток шахтных (а иногда и  атмосферных) вод в выработки. Описанные  выше подъемные машины чаще использовали другие конструкции.

Наряду с водоотливными машинами применяли насосы, поднимавшие воду поршнями с помощью перепадов давления воздуха. В качестве приводов таких машин использовали мускульную силу или водный поток.

Кроме насосов  использовали поршни – подъемные машины, представляющие собой бесконечную цепь с укрепленными на ней черпаками.

Не менее важной задачей по обеспечению  жизнедеятельности шахты является вентиляция горных выработок. Первые приспособления такого типа представляли собой деревянные щиты, установленное над стволом на поперечных балках и направляющие естественные потоки воздуха в ствол. Также до этого использовали и другие устройства (крымчатки, барабанный вентилятор, вентилирующий мех).

Значительную  опасность для работы горняков представляли вывалы и обрушения пород в  выработках. Для предотвращения этих явлений в описуемый период использовали деревянную крепь.

Для защиты от возможного просыпания породы при подъеме бадей, устраивали в месте погрузки навес, перекрывающий все сечение ствола, за исключением лестничного отделения.

Наряду с подземными работами механизируют обработку полезных ископаемых на поверхности шахт. Для  дробления руд применяли машины, в которых деревянные песты с  железными головками (наконечниками) приводились в поступательное движение с помощь, водяного колеса. Раздробленное полезное ископаемое разделялось на фракции путем просеивания в решетчатых ситах, причем надрешетчатый продукт вновь подвергают просеиванию и дроблению.

Значительный  вклад в развитие средневековых  машин и механизмов внес гениальный художник и инженер Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Он разработал наиболее полную классификацию элементов машин, значительно усовершенствовал многие из них.

Предвидя перспективное  будущее открытой разработки месторождений, Леонардо да Винчи разрабатывает  схему экскаватора-драглайна для ведения масштабных земляных работ. Используя в качестве прототипа водоподъемное колесо, он впервые выдвинул идею копающегося колеса-прообраза роторного экскаватора.

Примечательно, что развитие теории механики в XVI-XVII веках позволило обосновать расчетные методы проектирования строительных конструкций, каковыми являются шахтные крепи.

Исключительную  роль в развитии горной технологии сыграла взрывная обтойка пород, впервые примененная К. Байделем на словацком руднике «Бажка-Штявкица» в 1627 году, а уже с 1645 года использовавшаяся в рудниках Саксонии.

Рассмотренные выше достижения горной техники определи прогрессивные черты сооружения рудников: возведение выработок для  транспорта, вентиляции и водоотлива. Преимущественное распространение получат шахтная разработка месторождений, что во многом объясняется отсутствием техники для крупномасштабных вксрытных работ.

Характерной чертом периода является распространение  печатной информации по горному делу, а так же появление специализированных учебных заведений.

Прогрессивным фактором промышленного и общественного  развития становятся т.к. горны свободы, которые добиваются от феодалов центры ремесленной деятельности горняков. Таким образом, развитие горного  производства формирует не только промышленную беду, но и первые формы капиталистического способа хозяйственности.

К середине XVIII века становится очевидным, что один только опыт разработки полезных ископаемых при существующем уровне техники не может обеспечить необходимых темпов развития промышленности. Возникает потребности в обобщении накопленных знаний и теоретических обоснованных новых технических методов и средств, т.е. в становлении горной науки и образования.

Начало дифференциации горной науки связано с появлением в XVIII века многочисленных книг – постановлений и описаний по горному делу.

Большое научно-историческое значение книги «Первые основания  металлургии, или горных дел» определяется стремлением дать научное истолкование явлением и техническим процессов  в горном деле и научной основе наметить способы управления этими явлениями; убеждением в необходимости контакте горной науки с различными областями техники и естествознания (с механикой, химией, геологией); практической направленностью научных исследований; государственным подходом к решению важнейших вопросов промышленного развития.

Важным шагом в становлении  горной науки и распространении  научных знаний стало создание специализированных высших учебных заведений (1762 года в  Париже; Словакии 1763 года; Саксонии 1765 и т.д.).

Открытие в короткий промежуток времени во всех развитых горнодобывающих  странах Европы горных вузов отвечало промышленным требованиям своего времени. Это позволило, благодаря проникновению  горной науки в производство и  профессиональному руководству  промыслами (за счет выпускников вузов), осуществить широкое внедрение передового опыта и горной техники, разработать новые способы и средства ведения работ, существенно повысить объемы добычи полезных ископаемых и производительность труда рабочих.

Наряду с развитием науки и образования, важнейшим этапом эволюции горной техники стало применение новых видов энергии. Энергия не была «привязана» к одному месту, как энергия текущей воды, не зависела от погоды, как энергия ветра и воды в зимнее время, а главное – была значительно эффективнее всех других, использовавшихся ранее.

Быстро расширяющееся применение железнодорожного и водного парового транспорта потребовало многократного  увеличения объемов добычи угля, как  топлива для паросиловых установок. Кроме этого, уже с начала XVIII века в Англии ископаемый уголь стали использовать вместо древесного, для выплавки металла из руд.

Резко возросшие в XIX века объемы потребления минерального сырья привели к индустриальному выпуску высокопроизводительных горных машин, созданию заводов горного машиностроения, существенному увеличению числа изобретений и новых разработок. К концу 50-х годов XIX века появились штанговые врубовые машины с пневматическим приводом. В 1864 году была изготовлена ценная врубовая машина с бором.

С 30-х годов XIX века дл опытной разработки угольных пластов применяют водомета.

В 1835 году в Германии появляются стальные канаты для ручного подъема и  откатки. В 40-х годах XIX века началось промышленное производство металлопроката, а уже в 60-х годах на шахтах Чехии и Германии используют стальные крепи для поддержания горных выработок.

Первостепенное значение для совершенствования  технологии как подземных, так и  открытых горных работ имела замена пороха более мощными взрывчатыми  веществами (ВВ) – нитроглицерином, динамитом, аммонитом.

В 1831 году англичанин Бикфорд разрабатывает  надежную конструкцию огнепроводного шнура (плотную сердцевину шнура  составлял порох, а оболочкой  служила джутовая ткань, пропитанная  смолой).

Дальнейшее развитие электрического взрывания связано с заменой угольных запалов воспламенителями с электрическими мостиками накаливания (1839 г.), созданием специальных галиванических батарей (1840 г.) и, наконец, разработкой академиком Б.С. Якоби в 1843 г. первой магнитно-электрической взрывной машинки.

Не менее важным шагом в развитии горной техники стала замена парокотельных  агрегатов электрическими двигателями, что сыграло решающую роль в перевооружении горного производства. Начиная с 1880 г. электродвигатели используют на угольных шахтах Великобритании и Германии для привода буровых механизмов, внутришахтного транспорта, водоотливных установок др.

В условиях быстрого роста горной промышленности Российской империи  значительно повысилась потребность  в высших технических кадрах, особенно на Украине, где к концу XIX века были открыты месторождения Донецкого каменноугольного бассейна, Криворожского железорудного бассейна, Бахмутского соляного района, Никопольского марганцевого района и др.

В 1899 году в Екатеринославе (сейчас Днепропетровск) начинает работу Высшее горное училище (ЕВГУ), преобразованное в 1912 году в Екатеринославский горный институт (сейчас Национальная горная академия Украины).

4. Элементы и формы залегания угольных пластов

На выбор технологии разработки шахтного поля оказывают влияние горно-геологические факторы, характеризующие как угольные пласты и условия залегания, так и вмещающие породы.

К элементам залегания угольного  пласта относится:

1. простирание пласта – направление линии пересечения пласта с горизонтальной плоскостью;

2. падение – наклон пласта к горизонтальной плоскостью;

3. угол падения – угол, который образует пласт с горизонтальной плоскостью;

4. мощность пласта – расстояние между почвой и кровлей по перпендикуляру.

Пласт имеет общую мощность и  полезную мощность.

- полезная мощность – это мощность только пачек угля.

Классификация угольных пластов по углу падения:

- весьма пологие до 18°;

- наклонные 19°-35°;

- круто наклонные 36°-55°;

- крупные 56°-90°.

Классификация угольных пластов по мощности:

- весьма тонкие до 0,7 м;

- тонкие от 0,71 до 1,2 м;

- средней мощности 1,21 до 3,5 м;

- мощные свыше 3,5 м.

Нарушение в залегании угольных пластов:

- нарушения образовавшиеся при формировании пласта (утонение, утолщение, выклинивание, раздвоение);

- нарушения сформировавшиеся при дальнейшем залегании пласта (сброс, взброс, сдвиг, надвиг) и смятие в складки (антиклиналь, синклиналь).

Строение пласта. Пласты угля по своему строению делятся на простые, содержащие только уголь, и сложные, содержащие кроме угля прослойки пород, разделяющие пласт на отдельные угольные пачки.