Физика – основа моей будущей профессии

Физика – основа моей будущей профессии

Обедин Илья – студент группы 100-С
по специальности «Открытые горные работы»
ГБПОУ «Сахалинский горный техникум»,

научный руководитель - Деркач Елена Ивановна,
преподаватель физики

Аннотация: в работе рассмотрены физические законы и физические методы при разработке полезных ископаемых открытым способом; важность знаний физики для получения профессии по добыче и транспортировке месторождений.

Ключевые слова: уголь, угольный разрез, горняк, физика, физические методы.

Моя будущая профессия связана с горным делом. Я буду специалистом по открытой разработке угольных месторождений. Физика - основная дисциплина среди предметов общеобразовательного цикла.

Я задался вопросом: «Нужна ли физика в профессиональной деятельности горняка?». И этот же вопрос я задавал студентам, обучающимся по моей специальности «Открытые горные работы» с 1 по 4 курс. Оказалось, что чем старше студенты, тем число положительных ответов, что физика нужна и важна в их будущей специальности увеличилось.

Студенты старших курсов объяснили, что дисциплины профессионального цикла тесно связаны с физикой, физическими процессами и законами.

Профессия горняка вечна и бесконечно изменчива. Современное угольное производство - это слаженная работа бульдозеров, экскаваторов, всевозможных аппаратов, обслуживание которых требует базовых физических знаний.

Цель работы: обосновать важность изучения физики для становления современного специалиста горной промышленности.

Задача: показать тесную связь физики с профессией горняка.

Первый этап работы угольного разреза – это разведка месторождения, оценка запасов и качества угля. Этим занимается угольная геофизика. Специалист угольной отрасли должен знать, как с помощью геофизических методов решаются следующие задачи:
- уточняются границы месторождения;
- определяется мощность угленосных отложений, ведется подсчет запасов;
- трассируются нарушения в угольной толще;
- изучаются горно-геологические условия эксплуатации месторождений;
- выявляются зоны выгорания угольных пластов;
- определяется марка, зольность углей.

Какими методами это достигается?

Гравитационная разведка – метод разведочной геофизики, основанной на изучении поля силы тяжести на поверхности земли и вблизи нее. Физическая основа гравиразведки – различие плотностей пород и полезных ископаемых. В гравиразведке измеряются плотности горных пород, выделяются аномалии гравитационного поля, проводится их геологическое истолкование [1]. Плотность горных пород обычно измеряют на образцах способом гидростатического взвешивания приборами, называемыми денситометрами (см.таб.1).

Таблица 1

Плотность минералов и горных пород

Ведущими наземными и скважинными методами разведки угольных месторождений являются электрические. Это объясняется характерными свойствами углей, удельное электрическое сопротивление которых изменяется в очень широких пределах (от 10-5 до 104 Ом/м). Оно зависит от химико-технологических характеристик угля. Под этим понимают качественный (химический) состав и количественный состав органической массы (углерод, водород, кислород, азот и др.), а так же количество твердой негорючей массы, называемой золой. На величину электрического сопротивления оказывает влияние зольность углей. При переходе от малозольных (негорючий остаток меньше 10%) к среднезольным (10%-30%) и высокозольным (золы больше 30%) к бурым и каменным углям сопротивление уменьшается в 3 – 5 раз. У хорошо проводящих ток антрацитов с увеличением зольности сопротивление наоборот растет.

Кроме того, угольные пласты, характеризуются пониженной, по сравнению с вмещающими породами, скоростью распространения упругих волн. На это основан метод сейсморазведки.

Сейсморазведка – это геофизический метод, основанный на изучении характеристик поля упругих колебаний с целью исследования строения земной коры, поисков месторождений полезных ископаемых. Физической основой сейсмического метода является зависимость скорости распространения упругих волн, возбужденных искусственным путем (с помощью взрыва), от минерального состава и структуры изучаемых пород. Определяя скорость распространения продольных и поперечных волн, можно сделать заключение о природе вещества, через которое проходят волны. От места взрыва через землю бегут волны деформации, скорость которых зависит от механических свойств пород [1].

Изучая скорость на различных расстояниях от эпицентра взрыва, оценивают характер залеганий. Скорости продольных и поперечных волн зависят от модулей Юнга Е (модуль упругости) и сдвига G, а также плотность среды D.

Ѵпопер = Ѵпрод = . Модуль Юнга для осадочных пород колеблется от 0,03∙1010 до 9∙1010 Н/м2, у кристаллических - от 3∙1010 до 16∙1010 Н/м2. С помощью сейсмографов регистрируют толчок, произошедший на расстоянии L землетрясения дважды за промежуток времени t = L/Ѵпопер – L/Ѵпрод. Измеряя время, оценивается расстояние от сейсмостанции до очага землетрясения (см.таб.2)

Таблица 2

Скорости распространения продольных и поперечных волн

Второй этап – непосредственная добыча полезного ископаемого и на этом этапе на первый план выходит техника. Она ускоряет процесс добычи ископаемых, снижает затраты физического труда.

Сегодня на ООО «Солнцевский угольный разрез» работает современная мощная техника, экскаваторы объемом ковша 23м2, самосвалы грузоподъемностью 220 т [4].

Обслуживание и эксплуатация такой техники требует определенных знаний и навыков, в том числе и по физике, ведь принцип действия любого теплового двигателя (бульдозера, экскаватора и автомобиля) одинаков для всех механизмов, работающих на топливе. Техника и физика находятся в непрерывной связи друг с другом. Развитие техники дает физикам в руки более совершенные, более точные методы исследования, которые затем внедряются в производство.

В условиях рыночных отношений угледобывающим предприятиям становится выгодным выдавать не сырье (рядовой уголь), а осуществлять его обогащение и сортировку непосредственно на объекте. В особенности, это касается разрезов, имеющих высокую производительность и возможность активного воздействия на параметры (сортность и зольность) конечного продукта переработки. На разрезах используется метод гравитационно-центробежного дробления и сортировки угля. Такая технология переработки позволяет отделить уголь от породы, распределить уголь по фракциям (крупный, средний, мелкий), зольности, калорийности и т.д. В основе работы такого комплекса лежат физические закономерности. Двухкомпонентный материал «уголь-порода» распределяется в зависимости отношений коэффициентов крепости и плотности его составляющих [3].

Транспортировка угля до потребителя производится автотранспортом (круглогодично) и морским транспортом в период навигации. Очень важным представляется развитие морского порта Шахтерск. Уже сейчас, при имеющейся инфраструктуре он с трудом справляется с нагрузкой, а ведь по планам она должна возрасти вдвое. Необходимо дноуглубительные и прочие работы. Перевозка угля автотранспортом «убивает» дороги в Углегорском районе, поэтому начато строительство уникального конвейера, который не только снимет нагрузку с дороги, но и улучшит экологическую обстановку в районе - уменьшит количество угольной пыли в атмосфере. Конвейер будет закрытого типа и вентилируемый, а это сократит риск самовоспламенения. Уголь будет транспортироваться конвейером от месторождения до бункера судна.

Профессия горняка тяжела и опасна, работа сопряжена с риском для жизни. При открытой разработке месторождений полезных ископаемых происходит нарушение целостности горного массива. До проведения в нем выработки, он имеет некоторый потенциальный запас упругой энергии, которая при разработке пластов угля преобразуется в работу деформирования. Гравитационные силы – это еще один мощный фактор, влияющий на устойчивость земной поверхности. Водные массы, скопление наносов и глыбы коренных пород при отсутствии надежного упора стремятся под воздействием своего веса сместиться вниз по склонам, что приводит к образованию оползней, обвалов и грязевых потоков, очень опасных и причиняющих значительный ущерб. Для укрепления горных пород, бортов карьеров, отвалов широко используется метод цементации. В массив горных пород нагнетается цементный раствор, он заполняет трещины, пустоты и благодаря таким физическим явлениям как диффузия и капиллярность, массив превращается в монолит.

Добыча полезных ископаемых – это база индустриального развития страны. Уголь - основа энергетики и черной металлургии. Геология занимается созданием и развитием минерально-сырьевой базы, главная ее задача – обнаружение и подготовка к эксплуатации месторождений полезных ископаемых, а также обслуживание эксплуатируемых месторождений, но можно с уверенностью сказать, что физика и физические методы исследования являются основой любой науки. А в моей будущей профессии её очень много.

Литература

Вахромеев, Г.С. Введение в разведочную геофизику. – М.: Недра, 1998.

Ржевский В.В. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. – М.: Наука, 2003.

Турчанинов, И.А. Физики в шахтерских касках. – М.: Недра, 2008.

https://sakhalin.info/news/list67/199164 (дата обращения 15.03.2021)