ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

В развитии экономики России важнейшую роль играет освоение природных ресурсов и, в частности, недр земли. В широком смысле понятие «недра» включают в себя земную кору, мантию земли и ее ядро от поверхности до центра земного шара. В более узком понимании это часть земной коры, практически осваиваемая человеком. Необходимые потребности человеческого общества и уровень его научно-технических возможностей определяют глубину проникновения в недра и масштабы их освоения.

Следовательно, освоение недр земли — это область человеческой деятельности, связанная с изучением и практическим использованием земной коры в интересах создания требуемого уровня жизнеобеспечения общества.

Под практическим использованием земной коры в данном случае следует понимать освоение всех видов заключенных в ней ресурсов. Ресурсы недр (от французского ressource — ценности, запасы, возможности), или георесурсы, представляют собой компоненты природы, которые на данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы в качестве средств производства и предметов потребления. К георесурсам относят месторождения твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых; отвалы добытых забалансовых полезных ископаемых и горных пород, оставшихся после проходки вскрывающих выработок, в которых содержатся полезные ископаемые; отходы переработки обогатительного и металлургического производств; подземные гидроресурсы, включающие в себя пресные минеральные и термальные воды; внутреннее тепло недр земли.

Особое место в классификации георесурсов занимают природные и техногенные полости в недрах земли. К ним относят пещеры, горные выработки, пригодные для повторного использования после исчерпания своих основных функций, а также специально создаваемые подземные сооружения для различных целей народного хозяйства. С этих позиций отдельные участки земной коры, пригодные для размещения в них промышленных, хозяйственных и других объектов, с полным основанием можно рассматривать как георесурсы. Область научной и производственной деятельности, связанную с использованием имеющихся в земной коре естественных полостей и строительством специальных подземных сооружений для размещения в них различных объектов жизнеобеспечения человеческого общества, в горно-технической литературе называют освоением подземного пространства.

Растущий в мире интерес к освоению подземного пространства в значительной мере обусловлен положительными качествами подземных сооружений. Использование подземного пространства для размещения объектов различного назначения, помимо повышения эффективности использования недр, экономии территории и сохранения экологической чистоты, позволяет уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, сократить эксплуатационные расходы по сравнению с расходами на альтернативные сооружения на поверхности, снизить влияние климатических условий.

Объекты, размещаемые в подземных горных выработках, характеризуются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией по сравнению с наземными сооружениями. Эти свойства особенно благоприятны для размещения в подземном пространстве объектов, требующих полной акустической изоляции от внешней среды (станции геофизических наблюдений, студии звукозаписи, радио и телевидение, лаборатории и др.). Виброустойчивость подземных сооружений позволяет организовывать в подземных горных выработках производственные процессы, требующие полного отсутствия вибрации несущих и ограждающих конструкций. Способность породного массива защищать от внешних воздействий позволяет широко использовать подземные сооружения для укрытия людей от средств массового поражения и защиты от катастроф и стихийных бедствий. В подземных горных выработках соляных шахт лечат хронический бронхит, астму и другие заболевания. В подземных горных выработках и пещерах размещают театры, церкви и концертные залы.

Расширение практики использования подземного пространства для различных хозяйственных целей в значительной мере связано с процессом урбанизации, защитой окружающей среды от отрицательных воздействий транспортных систем и потенциально опасных производств.

Особого внимания заслуживают подземные объекты для следующих целей: водоснабжения, хранения нефти, нефтепродуктов и различных видов горючего газа.

В современных условиях перспективным является строительство подземных атомных электрических станций как одного из направлений развития энергетики и обеспечения безопасности использования ядерной энергии.

В связи с тем, что в мире с каждым годом накапливается все больше вредных отходов различных производств, остро встал вопрос их захоронения в подземном пространстве.

Во многих странах интенсивно развиваются прогрессивные направления подземного строительства. Так, например, подземные железные дороги, скоростные трамваи и метрополитены, подземные гаражи и автостоянки позволяют уменьшить последствия перенаселенности больших городов, высвободить площади для жилой застройки на поверхности земли и создания дополнительных городских зон отдыха. Глубокие подземные тоннели инженерных систем больших городов позволяют использовать их для различных целей (устройство канализации, водопровода, сбор ливневых вод, транспорт) и на этой основе обеспечить современную систему жизнеобеспечения при освоении подземного пространства городов.

Таким образом, шахтное и подземное строительство — это область горной науки и производства, которая включает в себя совокупность способов, методов и средств деятельности по проектированию, строительству и реконструкции горно-добывающих предприятий и подземных сооружений различного назначения с целью рационального освоения и использования георесурсов.

Здесь уместно сделать принципиальное замечание: одновременное использование в горно-технической литературе двух терминов «шахтное строительство» и «подземное строительство» свидетельствует о стремлении подчеркнуть их отраслевую принадлежность. Первый термин обобщенно характеризует инженерную деятельность при строительстве горно-добывающих предприятий, а второй — напротив, подземное строительство, не связанное с извлечением полезных ископаемых. На самом деле и то, и другое — составные части единой сферы деятельности человека, именуемой «горное дело», так как любое проникновение в недра земли — это горные работы по разведке, подземному строительству или добыче полезных ископаемых.

К этому следует добавить, что у шахтного и подземного строительства единая научная основа, представляющая собой совокупность закономерностей поведения сооружений в массиве горных пород, а также технических, экономических и организационных взаимосвязей технологических процессов при строительстве, реконструкции и восстановлении горно-технических объектов.

Наука, обеспечивающая своими знаниями проектирование и строительство подземных горно-технических объектов, получила название строительная геотехнология.

Дисциплина «Шахтное и подземное строительство» состоит из двух крупных взаимосвязанных разделов. Раздел «Строительство горных выработок» включает в себя три части. Первая часть является общей для всей дисциплины, так как в ней с единых методических позиций изложены основные понятия и определения, даны характеристика и классификация подземных объектов и условий их строительства, раскрыто содержание основных процессов и производственных операций, различных способов воздействия на породный массив. Приведена методология проектирования, в том числе его организация и методы инженерного проектирования, технико-экономическое обоснование строительства, оптимизация принимаемых решений, проектирование технологии и организации горно-строительных работ.

Во второй часта рассмотрены основные вопросы технологии строительства вертикальных горных выработок: подготовительный период, горно-проходческие работы в стволе, при рассечке сопряжений и строительство камер в обычных и сложных горно-геологических условиях, а также работы по углубке стволов.

Третья заключительная часть первого раздела посвящена вопросам технологии строительства горизонтальных и наклонных горных выработок. Рассмотрены буровзрывной и комбайновый способы разрушения пород, приведены технологические схемы строительства протяженных и камерных выработок. Особое внимание уделено технологии строительства горизонтальных выработок в сложных гидрогеологических, геомеханических и газодинамических условиях. Все излагаемые положения иллюстрируются примерами лучших отечественных и зарубежных достижений при строительстве подземных горно-технических объектов.

Раздел дисциплины «Строительство подземных сооружений» также состоит из трех частей. Первая посвящена вопросам технологии строительства подземных сооружений тоннельного типа. Рассмотрены открытый способ возведения сооружений в котлованах с применением ограждающих конструкций и передвижных крепей. Подробно описана технология строительства тоннелей буровзрывным способом с применением щитов, горно-проходческих комбайнов, тоннелепроходческих машин, а также способ продавливания тоннельных конструкций. Особое внимание уделено новым прогрессивным способам строительства тоннелей, относящимся к категории высоких технологий. Рассмотрено строительство подземных сооружений в условиях плотной городской застройки, в сложных гидрогеологических условиях и под различными водными преградами.

Во второй часта раздела изложена технология подземных сооружений камерного типа. Особый интерес представляет описание строительства подземных сооружений большого сечения — машинных залов ГЭС и АЭС, стадионов, подземных гаражей. Рассмотрены основы технологии строительства подземных сооружений для хранения нефтепродуктов и сжиженных газов нетрадиционными способами: выщелачиванием и с применением камуфлетного взрывания. В третьей части освещены вопросы экологической безопасности подземных сооружений и природоохранные технологии подземного строительства.

Целью изучения дисциплины «Шахтное и подземное строительство» является.приобретение студентами знаний и умений, необходимых для самостоятельного творческого решения задач, которые связаны с проектированием и практической реализацией технологических процессов строительства шахт и подземных сооружений.

В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о структуре комплексов подземных горно-технических объектов и их функциональном назначении, знать методологию проектирования, состав и содержание проектной документации, методы инженерного проектирования, основные процессы и производственные операции, методы и способы ведения горно-строительных работ в обычных и сложных горно-геологических условиях, способы защиты окружающей среды от вредного воздействия горных работ.

Студент должен уметь проектировать форму, конструктивные размеры сечения выработок, технологию горно-строительных работ, разрабатывать отдельные части проектов строительства горных предприятий и подземных сооружений специального назначения, рабочую документацию. Он должен владеть профессиональной терминологией, знать основные нормативные документы, метрологические правила и стандарты по управлению качеством строительства.

Дисциплину «Шахтное и подземное строительство» изучают на IV курсе, а на V курсе она дополняется дисциплинами по выбору, в зависимости от будущей специализации выпускников. Изучение дисциплины происходит путем прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных и практических работ с последующим закреплением полученных знаний при курсовом проектировании и прохождении производственной практики.

Усвоение материала должно быть обеспечено знаниями, приобретенными на предыдущем этапе обучения в результате изучения дисциплин социально-экономического, естественнонаучного и общепрофессионального циклов учебного плана -специальности.