Шахта представляет собой крупное горнодобывающее предприятие, предназначенное для подземной разработки месторождений угля, руд, солей и других твёрдых полезных ископаемых. Эти уникальные инженерные сооружения уходят вглубь земли на расстояние до 4 километров, а их подземные «цехи» — горные выработки — могут тянуться на многие километры. Современная шахта — это не только промышленный объект, но и своеобразная научная лаборатория, позволяющая изучать глубинные недра нашей планеты.
Строительство и устройство шахты
Строительство шахты, или её проходка, начинается с создания двух глубоких вертикальных колодцев диаметром 7–9 метров, которые называются шахтными стволами. Главный, или скиповый, ствол служит для подъёма на поверхность добытого полезного ископаемого в специальных стальных контейнерах — скипах, а также для спуска под землю оборудования и материалов. В отделении этого же ствола размещаются лифты (клети) для транспортировки людей, а также осуществляется вывод отработанного воздуха. Второй ствол — вентиляционный (см. Вентиляция) — используется для подачи в шахту свежего воздуха мощными вентиляторами и также может быть оборудован клетями для спуска рабочих.
Проходку стволов обычно ведут буровзрывным методом, последовательно углубляясь: бурят шпуры, закладывают в них взрывчатку, после взрыва убирают породу. В Советском Союзе были созданы уникальные машины — стволопроходческие комбайны, способные в определённых породах бурить стволы, как обычные скважины (подробнее о всех комбайнах см. Горное дело, горные машины). Для предотвращения обрушения стенки стволов укрепляют бетоном или специальными чугунными кольцами — тюбингами.
Создание подземной инфраструктуры
Достигнув уровня залегания полезного ископаемого, в шахту спускают проходческие комбайны. Сначала они создают околоствольный двор — просторные выработки возле стволов, а затем прокладывают два параллельных тоннеля (штрека) вдоль пласта: откаточный (главная транспортная магистраль) и вентиляционный (для движения людей и воздуха). От этих основных штреков в разные стороны отходят другие, которые делят шахтное поле на участки. Для безопасности потолок и стенки штреков укрепляют крепями — это могут быть деревянные конструкции, а также стальные или железобетонные рамы, в том числе передвижные (механизированные).
Добыча и транспортировка
После создания сети штреков приступают непосредственно к разработке месторождения. Участки, где полезное ископаемое отделяется от пласта, называются очистными забоями или лавами. Здесь работают различные горные машины: комбайны, струги, врубовые машины. Добытый материал транспортируют с помощью конвейеров или в вагонетках, которые тянут шахтные электровозы. На поверхности полезное ископаемое грузят в вагоны и отправляют потребителям через железнодорожные станции. Пустую породу, извлечённую при проходке, традиционно складывали в отвалы — терриконы, но современные технологии всё чаще позволяют оставлять её под землёй, заполняя выработанное пространство.
Особенности разных типов шахт
Конструкция шахты во многом зависит от вида добываемого ресурса. Например, на рудниках, где порода очень твёрдая, часто не требуется усиленного крепления сводов, и забои могут выглядеть как высокие подземные залы. Взорванную руду здесь могут вывозить прямо из забоя мощные автосамосвалы, загружаемые автопогрузчиками.
Существуют и гидрошахты, где для добычи и транспортировки угля используется сила воды (гидромеханизация). Мощная водяная струя разрушает угольный пласт, а образовавшаяся пульпа (смесь угля и воды) по трубопроводам перекачивается на поверхность к отстойникам.
Шахты будущего
Советские инженеры и учёные уже в XX веке начали работу над созданием шахт нового поколения. Согласно проектам, всеми технологическими процессами на таких предприятиях будут управлять автоматы. Датчики на комбайнах, конвейерах и другом оборудовании будут в реальном времени передавать информацию на управляющую вычислительную машину, которая самостоятельно станет отдавать команды. За монтаж, наладку и ремонт будет отвечать небольшая бригада высококвалифицированных специалистов, а в остальное время за работой механизмов будет следить система телевизионного контроля («телеглаз»).
Первые прообразы таких автоматизированных шахт начали строиться в Донбассе, Кузбассе и Казахстане. Одной из пионерских стала шахта «Должанская-Капитальная» под Ворошиловградом (ныне Луганск), проектная мощность которой в разы превышала показатели обычных предприятий. Она задумывалась не только как промышленный объект, но и как испытательный полигон для горной техники будущего, требования к которой станут стандартом лишь на рубеже XXI века.