Основы горного дела : подземная геотехнология

Москва  2019

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра геотехнологии освоения недр

В.В. Мельник
Ю.Н. Кузнецов
Н.Н. Абрамкин

ОСНОВЫ ГОРНОГО ДЕЛА 
(ПОДЗЕМНАЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЯ)

Практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3877

УДК  622:273 
М48

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. В.А. Атрушкевич

Мельник В.В.
М48  Основы горного дела (Подземная геотехнология) : практикум / В.В. Мельник, Ю.Н. Кузнецов, Н.И. Абрамкин. – М. : Изд. 
Дом НИТУ «МИСиС», 2019. – 129 с.
ISBN 978-5-906953-35-3

Приведены теоретические основы, содержание и порядок выполнения студентами практических работ в соответствии с рабочей программой учебной 
дисциплины «Основы горного дела» (Подземная геотехнология). Наличие в 
практикуме контрольных вопросов способствует закреплению и углублению 
знаний студентов в процессе их самостоятельной работы, а также подготовки 
их к экзаменационной сессии.
Для студентов, обучающихся по направлению 21.05.04 «Горное дело» специализации «Подземная разработка пластовых месторождений».

УДК 622:273


В.В. Мельник,
Ю.Н. Кузнецов,
Н.И. Абрамкин, 2019
ISBN 978-5-906953-35-3 

НИТУ «МИСиС», 2019

Оглавление

Практическая работа 1
Изучение условий и элементов залегания месторождений  
твердых горючих ископаемых .................................................................5
Практическая работа 2
Определение запасов полезного ископаемого  
в шахтном поле ........................................................................................... 14
Практическая работа 3
Изучение подземных горных выработок 
и их комплексов .......................................................................................... 18
Практическая работа 4
Изучение основ технологии производства буровзрывных работ 
на шахтах и рудниках .............................................................................26
Практическая работа 5
Изучение технологических схем проведения участковых  
выработок .............................................................................................35
Практическая работа 6
Изучение схем вскрытия запасов шахтных полей и основных 
принципов их выбора ................................................................................. 44
Практическая работа 7
Изучение схем подготовки запасов шахтных полей  
и основных принципов их выбора ........................................................... 56
Практическая работа 8
Изучение технологических схем выемки  
полезного ископаемого при ведении очистных работ ........................... 63
Практическая работа 9
Изучение технологических схем крепления  
и управления горным давлением в очистных выработках .................... 70
Практическая работа 10
Изучение технологических схем выполнения концевых  
и маневровых операций в комплексно-механизированных  
очистных забоях ......................................................................................... 84
Практическая работа 11
Изучение основных принципов организации производства  
и труда при ведении очистных работ ....................................................... 90

Практическая работа 12
Изучение систем разработки угольных месторождений  
подземным способом и основ определения их рациональных 
параметров .................................................................................................. 97
Практическая работа 13
Изучение технических средств и технологических схем 
внутришахтного транспорта и подъема ..................................................112
Практическая работа 14
Изучение схем и режимов проветривания подземных горных 
выработок .................................................................................................. 120
Библиографический список .................................................................... 127

Практическая работа 1

ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ И ЭЛЕМЕНТОВ 
ЗАЛЕГАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ 
ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Цель работы. Закрепление и углубление знаний студентов об особенностях залегания месторождений угля и горючих сланцев, а также 
приобретение навыков их применения в реальной практике подземной добычи полезных ископаемых.

Теоретические основы выполнения работы. Ископаемый 
уголь – твердое горючее полезное ископаемое осадочного происхождения. В его состав входят органическое вещество, минеральные 
вещества (условно не более 60 % сухой массы) и влага. По степени 
углефикации органического вещества различают три основные разновидности ископаемых углей; бурые, каменные и антрациты.

Ископаемые угли, как правило, залегают в виде пластов, реже 
в виде пластообразных и линзовидных залежей. Пласт – геологическое тело плитообразной формы, сложенное угольным веществом, 
распространенное на значительной площади и ограниченное приблизительно двумя параллельными плоскостями напластовании горных 
пород. Горные породы, среди которых залегает пласт угля, принято 
называть боковыми породами. Площадь непрерывного распространения угольных пластов изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч квадратных километров. Породы, подстилающие угольный 
пласт, являются его почвой (подошвой), а непосредственно покрывающие его – кровлей.
Пластообразные и линзовидные залежи от пласта отличаются прежде всего не параллельностью кровли и почвы. К тому же форма геологического тела зависит от соотношения его мощности и протяженности.
Горючий сланец – осадочная горная порода (глинистая, известковистая, реже кремнистая), содержащая равномерно распределенное 
органическое вещество (условно от 15 до 30 %) представленное сапропелевым или гумосово-сапропелевым материалом. Горючие сланцы залегают в виде пластов и линз. Площади непрерывного сланценакопления достигают несколько тысяч квадратных километров.

Пространственное положение пласта (залежи) характеризуется 
элементами залегания, которыми являются простирание, падение, 
угол падения (рис. 1.1).
Простирание указывает на положение пласта в пространстве и 
характеризуется направлением линии пересечения поверхности 
пласта с горизонтальной плоскостью (линии простирания). Простирание характеризуется азимутом – горизонтальным углом между географическим меридианом и линией простирания. Азимут 
отсчитывается от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки. Азимут простирания может изменяться от 0 до 360о и 
имеет два значения, отличающихся на 180о. Для определения азимута используется специальной прибор, называемый горным компасом.

Рис. 1.1. Элементы залегания угольного пласта: 
P – горизонтальная плоскость; S – вертикальная плоскость; 
АБ – линия простирания пласта; α – угол падения пласта

Падением пласта называют его наклон к горизонтальной плоскости. Оно определяется азимутом проекции линии падения (линии, лежащей в плоскости пласта и перпендикулярной линии простирания) 
на горизонтальную плоскость. Азимут падения может изменяться 

от 0 до 360о, имея только одно значение. Он отличается от азимута 
простирания на 90о. Линия падения направлена в сторону наибольшего наклона пласта. Направление, противоположное падению пласта, 
принято называть его восстанием.
Двугранный угол, составленный поверхностью (кровлей) пласта 
с горизонтальной плоскостью, называется углом падения. Этот элемент залегания имеет существенное значение для практики разработки угольных месторождений. Выделяют следующие группы пластов 
по углу падения:
– пологие – до 18°;
– наклонные – от 19 до 35°;
– крутонаклонные – от 36 до 55°;
– крутые – от 56 до 90°.
Основным классификационным признаком выделения этих групп 
принят способ доставки угля, отделенного от пласта, вдоль очистной 
выработки.
В практике разведки и разработки угольные пласты (залежи) подразделяются еще по мощности – расстоянию между кровлей и почвой 
пласта. В зависимости от направления, в котором ведется измерение, различают истинную, горизонтальную и вертикальную мощности пласта (рис. 1.2). Истинная мощность – расстояние по нормали 
между кровлей и почвой пласта. По мощности пласты группируются 
следующим образом:
– весьма тонкие – до 0,7 м;
– тонкие – 0,71–1,2 м;
– средней мощности – 1,21–3,5 м;
– мощные – более 3,5 м.
Пласты мощностью более 15 м условно принято считать весьма 
мощными. В силу того, что угольные пласты не являют собой сплошное монолитное скопление угольного вещества, а характеризуются 
слоистостью, различают пласты простого, сложного и очень сложного 
строения. Пласты простого строения состоят только из угольных пачек – отдельных угольных слоев, отличающихся по петрографическому составу, трещиноватости, крепости или содержанию минеральных 
примесей. Часто между пачками угля пласта сложного строения залегают тонкие слои породы, называемые прослоями. Выделяют также 
пласты (залежи) очень сложного строения (условно более 10 прослоев породы).

mã

mâ

m

90°

a

90°

Рис. 1.2. Определение мощности пласта

Общую мощность пласта измеряют от кровли до почвы со всеми 
породными прослоями. Полезная мощность его – сумма мощностей 
пачек полезного ископаемого, а вынимаемая – суммарная мощность 
угольных пачек и породных прослоев, извлекаемых при добыче полезного ископаемого. По мощности пласт считается рабочим, если 
суммарная мощность его угольных пачек не ниже установленных 
кондициями для подсчета балансовых (пригодных к отработке) запасов по данному месторождению. Общая мощность пластов (линз) горючих сланцев, как правило, не превышает 5 м (чаще она менее 3 м), 
а полезная мощность составляет обычно 0,7–2,0 м.
Угольные пласты могут залегать одиночно или в виде свит – групп 
пластов (вне зависимости от геологического возраста), заключенных 
в определенной толще согласно залегающим горным породам и, как 
правило, разрабатываемых совместно.
Участки примыкания пластов к толще наносов или к земной поверхности называются их выходами (соответственно под наносы и 
на поверхность).
В результате действия различных процессов в земной коре угольные пласты и вмещающие их породы претерпевают целый ряд изменений мощности, строения или залегания, которые оказывают существенное влияние на ведение горных работ. Эти изменения принято 
называть нарушениями, или дислокациями. По времени возникновения нарушения подразделяются на син- и эпигенетические. Первые 

возникают в фазе торфообразоваиия, а эпигенетические – в фазе углефикации (после покрытия торфяников толщей осадочных пород).
К сингенетическим нарушениям относят неровности почвы угольных пластов, расщепление, выклинивание, фациальные замещения, 
размывы их.
Неровности почвы угольных пластов обусловлены неровностями 
поверхности, на которой происходило торфонакопление, что сказалось на изменении мощности пласта (залежи). Расщепление пласта – разделение его на отдельные пласты или пачки вследствие неравномерности опускания или поднятия площади торфонакопления, 
а также несовпадения скоростей формирования торфяника и погружения общей площади торфонакопления. Выклинивание – постепенное уменьшение мощности пласта вплоть до полного исчезновения 
его. Фациальные замещения угольного вещества в пластах прежде 
всего связаны со значительным привносом в торфяные болота минеральных примесей. Сингенетические угольным пластам размывы, как 
правило, не выходящие за пределы кровли и почвы пластов, являются 
следствием речных эрозий во время формирования торфяников.
Эпигенетические дислокации сформировались вследствие размывов, тектонических деформаций, карстовых просадок в подстилающих угленосные отложения породах, выгорания пластов.
Эпигенетические размывы подразделяются на овражно-речные и 
морские. Они, как правило, имеют локальное развитие.
Следствием тектонических деформаций являются тектонические 
нарушения в виде раздувов и пережимов пласта, дизъюнктивных 
(разрывных), пликативных (складчатых) и инъективных дислокаций.
Раздувы и пережимы формируются как следствие тектонических 
воздействий на угольные пласты, сопровождающихся образованием 
экзогенных трещин и переходом угля в псевдопластическое состояние. 
Раздув – местное увеличение мощности угольного пласта с последующим ее восстановлением. Пережим же сопровождается относительно 
резким уменьшением мощности пласта на определенном участке.
К дизъюнктивным дислокациям относят сбросы, взбросы, сдвиги, 
надвиги, горсты и грабены. Сброс – разрывное тектоническое нарушение, образовавшееся в условиях растяжения и сопровождающееся относительным перемещением двух частей массы горной породы 
вдоль плоскости (сместителя), разделяющей эти части по вертикальному или близкому к нему направлению. При взбросе породы, лежа

щие выше наклонного сместителя, перемещаются по нему вверх, а 
породы, располагающиеся ниже сместителя, испытывают перемещения вниз. Взбросы образуются в условиях сжатия.
Сдвигом называют разрывное нарушение горных пород, образующееся в условиях скола и сопровождающееся относительным перемещением двух частей массы горной породы в горизонтальном направлении. 
Надвиги образуются в условиях сжатия и сопровождаются перемещением породных масс, располагающихся над пологим сместителем, по нему 
вверх с перекрытием пород, находящихся ниже сместителя.
В практике ведения горных работ приходится встречаться с геологическими нарушениями в виде горстов и грабенов, образующихся вследствие перемещения масс горных пород по нескольким плоскостям разрывов. Горсты характеризуются поднятием центральных 
частей массива и опусканием краевых, а у грабенов, напротив, центральные части опущены, а краевые приподняты.
Среди пликативных нарушений различают складки горных пород продольного и поперечного изгиба. К основным формам складчатых дислокаций относятся антиклиналь и синклиналь. Антиклиналь – складка, направленная выпуклостью (изгибом) вверх. 
Вогнутая складка, в ядре которой залегают более молодые породы, 
называется синклиналью. Основными элементами складок являются ось, крылья и замок. Ось складки – линия пересечения осевой поверхности складки с горизонтальной поверхностью. Крылья складки – плоские ее части, располагаемые по обе стороны от ее оси. Часть 
складки, соединяющая крылья, называется замком («седло» у антиклинали, «мульда» у синклинали).
Встречаются также дислокации в виде неполных складок. К ним 
относится флексура – однобоковая коленчатая (моноклинальная) 
складка (перегиб горизонтального пласта без разрыва сплошности).
Инъективные дислокации связаны с внедрением в породы осадочного 
слоя земной коры магм, осадочных или метаморфических пород аномально малой плотности и вязкости. Внедрение магм в угленосную толщу приводит к ассимиляции угольного вещества и, естественно, к изменению химико-технологических и физико-механических свойств углей. К тому же 
пластовые интрузии срезают часть пласта или весь пласт.
Инъекция пластического материала (солей, глин, гнейсов) в угольный пласт происходит по трещинам во вмещающих его породах. 
Со временем пластический материал литифицируется (окаменевает), 

образуя однородные тела с высокой механической прочностью, что 
осложняет добычу угля.
Карст – совокупность гидрогеохимических процессов и явлений 
в массиве трещиноватых и растворимых горных пород (известняков, 
доломитов, гипса, ангидрита, мела, каменной соли), связанных с их 
выщелачиванием поверхностными и подземными водами в массиве 
проявляется в виде пустот различных форм и размеров, приводящих 
к просадкам и провалам, в подстилающих угленосные отложения породах карст приводит к изменению мощности и разрушению угольных пластов на локальных участках.
В ряде угольных бассейнов на выходах угольных пластов развиты 
зоны древнего выгорания угля, которые распространены на глубину 
от десятков до сотен метров и по простиранию до десятков километров. Влияние этих зон осложняет разработку пластов, а при подземной разработке они могут являться источниками прорыва водных 
масс в горные выработки.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Ознакомление с теоретическими основами выполнения работы.
2. Ознакомление по планам горных работ с правилами нанесения 
на них элементов залегания угольных пластов и структурных колонок.
3. Определение полезной и вынимаемой мощности угольного пласта в соответствии с заданным вариантом (табл. 1.1).
4. Нахождение графическим методом направления и азимута простирания пласта при заданном азимуте проекции линии падения (рис. 1.3).

ï àäåí èå

ï ðî ñòèðàí èå

110°

200°

Рис. 1.3. Азимут простирания пласта

Контрольные вопросы

1. Чем отличается угольный пласт от пласто- и линзообразной залежи?
2. Что называется простиранием пласта?
3. Что называется падением пласта?
4. Что понимается под азимутом линии падения пласта?
5. Что называется углом падения пласта?
6. Назовите основной классификационный признак разделения 
угольных пластов по углу падения.
7. Приведите классификацию угольных пластов по углу падения.
8. Какие угольные пласты относятся к пластам сложного строения?
9. Что называется полезной мощностью угольного пласта?
Приведите классификацию угольных пластов по мощности.
10. По каким критериальным признакам угольные пласты относятся к 
рабочим пластам?
11. Что называется выходом пласта?
12. Какие дислокации формируются в первой фазе углеобразования?
13. Приведите классификацию сингенетических нарушений в залегании угольных пластов.
14. Какие группы дислокаций являются следствием тектонических 
деформаций в углевмещающем массиве?
15. Какова природа образования эпигенетических раздувов и пережимов угольных пластов?
16. Назовите характерный элемент любой дизъюнктивной дислокации.
17. В условиях действия каких тектонических деформаций образуются сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги?
18. Назовите условия формирования инъективных дислокаций.
19. Назовите основные элементы дислокаций складчатого типа.
20. Чем отличается синклиналь от антиклинали?

Таблица 1.1
Варианты задания на выполнение работы

Параметры
Значения параметров по вариантам

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Угол падения 
пласта, град.
10
18
23
44
17
3
62
36
48
32
15
55

Количество породных прослоев
1
1
2
–
–
1
2
1
1
2
2
1