ZÁKLADY LOMAŘSTVÍ(sylaby skrit)

1. PŘEDMLUVA A ÚVOD

Vážený čtenáři, studentko, studente,

dostává se vám do ruky učební text „Základy lomařství“ k předmětu „Lomařství“, vstupního předmětu studovaného oboru „Těžba a zpracování nerostných stavebních surovin“. Poskytuje první základní seznámení s širokou problematikou lomového dobývání nerostných surovin a využití těchto surovin pro průmysl stavebních hmot, stavebnictví, průmysl keramický, sklářský, hutní a pro další resorty národního hospodářství.

Obor „Těžba a zpracování nerostných stavebních surovin“ je komplexně pojatý obor od vyhledání surovin, těžbu, zpracování surovin, až po zahlazení, činnosti prováděné hornickým způsobem a rekultivace. Po společném prvém roce studia, kde jsou předměty povinné, se od druhého ročníku lze částečně profilovat volbou povinně volitelnými předměty. V druhé etapě studia, tj. od třetího ročníku, lze se již výrazně vyprofilovat dle zájmu do oblasti klasické stavební výroby (drcené a těžené kamenivo), hrubé a ušlechtilé kamenické výroby, do oblasti výroby pro cementářský průmysl či zpracování silikátů.

V České republice jsou v provozu stovky provozoven těžících nerostné suroviny pro výše uváděné resorty. Dle požadavků státní báňské správy musí být v čele těchto provozů kvalifikovaní odborníci, kteří získají požadované vzdělání v rámci tohoto oboru či oboru Hornické inženýrství pro vyjmenované funkce - závodní lomu, projektant, vedoucí pracovník v managementu těžebních společností. Poptávka po absolventech tohoto oboru je vyšší, než může v současnosti škola praxi uspokojit.

V rámci předmětu získáte v návaznosti na předmět „Nauka o Zemi“ základní poznatky o hornické geologii, mechanice hornin a zemin, na které navážou základní znalosti o otvírce, přípravě a dobývání ložisek nerostných stavebních surovin a základních procesech úpravy a zužitkování surovin, zakončené pak přehledem o sanaci a rekultivaci vytěžených ložisek.

2. HISTORIE ČESKÉHO HORNICTVÍ A JEHO ŠKOLSTVÍ

2.1 Historie hornické činnosti v českých zemích

Těžební průmysl je odvětví neodmyslitelně spjaté s technickým a ekonomickým rozvojem společnosti. České země už ve středověku patřily k hornicky nejvyspělejším zemím v Evropě.

Hlavními nerosty, které se dobývaly, byly rudy. Začátkem 13. století se rozvíjela a byla dobývána četná ložiska rud, hlavně bohatých žíl v okolí Jihlavy. Rychlý nárůst hornické činnosti si vyžádal vytvoření právních ustanovení pro její řízení. V roce 1249 bylo vyhlášeno

1

tzv. Jihlavské horní právo, kterým se řadu desetiletí řídily dobývací práce v českých zemích i v zemích sousedních. Byl to první právní báňský kodex na světě, který uzákonil dvě právní normy: právo kutací svobody a právo volného pohybu. Právo kutací svobody znamenalo, že každý z prospektorů se mohl pokusit o těžbu na místě, které si zvolil, aniž by mu v tom kdokoliv bránil. Právo volného pohybu zaručovalo, že nikdo z horníků nesměl být přinucován těžit na jednom místě, mohl se stěhovat a usadit se kamkoliv. Dalším významným právním aktem, vyvolaným přílivem horníků do Čech (Jihlavsko, Kutnohorsko, Příbramsko, Krušné hory), byl akt vydaný králem Václavem II. v roce 1300 - Ius regale montanorum (Kutnohorský řád) - Královské právo hornické (k ochraně důlních zájmů království). Tento právní akt prakticky platil ve všech českých důlních revírech až do 18. století. Na dnešní dobu a ve srovnání s feudálním řádem byla řada ustanovení neuvěřitelně liberální - pětidenní pracovní týden, šestihodinová pracovní směna, výplata každou sobotu, rovnoprávnost u soudu vůči podnikateli, zákaz odměňování potravinami místo peněz, atd.

Další výsady havířům umožnil tzv. Jáchymovský řád (1518), který byl po úpravách převzat z nového horního řádu vydaného v Annabergu (1509). Krušnohorská oblast a její hornictví bylo v této době v Evropě dominující. Stanovil podnikatelům povinnost platit havířům nemocenské dávky v případě úrazu, uhradit výrobky za léky a lékařské ošetření, placení prostojů, v nutném případě přerušení práce a řadu dalších drobných výhod. Havířské řemeslo bylo tehdy řemeslem privilegovaným.

Během první poloviny 19. století, kdy už se rozvinula těžba na hlubinných i povrchových dolech uhelných, někdejší privilegia havířů zanikla a ti se dostali na úroveň postavení dělníků v manufakturách. Projevilo se to i v Horním zákoně Rakouska-Uherska - zákon č. 176 ze dne 23.5.1854, který prakticky platil více než 100 let do doby vydání nového horního zákona v roce 1957. Po třiceti letech byl vydán upravený zákon ČNR čj. 44/1988 Sb. a v roce 1992 byl novelizován do podoby zákona č.j. 439/1992 Sb.

Hornická činnost zahrnuje i dobývání kamene. Kámen slouží člověku od počátku civilizace, od paleolitu čili starší doby kamenné, tj. cca 14 tisíc let před naším letopočtem. Kámen byl nejpřirozenějším materiálem pro výrobu tehdy primitivních nástrojů a zbraní. Kámen se stal rovněž přirozeným stavebním materiálem pro stavbu obydlí, honosných sídel a hrobek faraónů, králů, šlechty a církve. U každé tvrze najdeme dodnes opuštěný lom nebo jeho torzo, ve kterých byl stavební kámen nalámán, obzvláště kvádrový pískovec. Kvádrový pískovec se také užíval jako noblesní přírodní kámen pro sochařské účely kameníků a architektů. U nás se s oblibou pro tyto účely využívalo pískovců z Hořicka, z nichž namátkou uvádíme díla sochařská M.B. Brauna na zámku v Kuksu, postavena je z něho Josefovská pevnost, morové sloupy na náměstí mnoha měst a celá řada reprezentačních budov a budov ministerstev v Praze - např. Národní divadlo, Rudolfinum, Zemská banka, Živnobanka, chrám sv. Víta, atd. Těchto pískovců se užívalo i pro stavbu „tvrdých silnic“ jako stavebního štětového kamene. Takto byla postavena silnice z Prahy do Vídně po skončení Napoleonových válek a mnoha stovek kilometrů cest v českých zemích, stejně jako mnoho železničních tratí v poslední třetině 19. století.

2

Kamenoprůmysl v ČSR po roce 1918 se rozvíjel postupně, bez větší účasti státu. Na lomech se pracovalo většinou ručně s nízkou mechanizací a také i produktivitou prací. Objem výroby byl dán vysokým počtem lidí zaměstnaných v těchto lomech. V roce 1930 bylo v Čechách, na Moravě a ve Slezsku celkem 916 provozoven s 28 600 zaměstnanci. I přes tyto skutečnosti bylo v období let 1920 - 1938 exportováno, převážně výrobků a bloků z ušlechtilých materiálů - syenitů, žuly a pískovců, více než 85 tisíc tun v tehdejší hodnotě přes 308 mil. Kč - naproti tomu býv. Československý kamenoprůmysl (ČSK) Praha vyvezl v roce 1975 pouze 9 tisíc tun výrobků z ušlechtilé kamenické výroby.

Poválečná obnova nekladla na kamenoprůmysl větší požadavky. Provozy kamenoprůmyslu, pozemky a nerostné bohatství surovin byly prohlášeny za všelidové vlastnictví a průmysl kamene byl zestátněn. Stejně jako v uhelném a rudném hornictví, se i v kamenoprůmyslu hledaly cesty socialistické organizace a řízení. Prvními vzniklými národními podniky, ať to byly provozy na drcené či těžené kamenivo, či provozy hrubé kamenické výroby, na broušené a leštěné výrobky z ušlechtilých materiálů, byly v českých zemích Povltavský průmysl kamene v Praze, Severočeský průmysl kamene v České Lípě, později v Liberci, Českomoravský průmysl kamene v Havlíčkově Brodě, Moravský průmysl v Přerově a Slezský průmysl kamene v Jeseníku. Následovala řada reorganizací v kamenoprůmyslu, která se ustálila vznikem jednoho z největších výrobněhospodářských jednotek v Československu - vznikem ČSK Praha počínaje rokem 1965. V českých zemích byly lokalizovány následující národní, později státní podniky: Průmysl kamene Příbram (žuly, trachyty, mramor) druhý z kamenických podniků Českomoravský průmysl kamene Hradec Králové (žuly, pískovce, mramory, granodiorit); další podniky představovaly ve svém výrobním programu především štěrky - ať už jako přírodní kamenivo či drcené kamenivo - Středočeské kamenolomy a štěrkopískovny Praha, Západočeské kamenolomy a štěrkopísky Blatná, Severokámen Liberec, Štěrkovny a pískovny Brno a Štěrkovny a pískovny Olomouc. Na Slovensku byly 4 podniky - 3 pro výrobu štěrků a 1 pro kamenickou výrobu.

Opravárenské a strojírenské kapacity v českých zemích obhospodařoval Strojní odštěpný závod v Havlíčkově Brodě.

Po roce 1989 v důsledku privatizace a vrácení majetku došlo k zániku tohoto kolosu a vytvoření desítek samostatných organizací, většinou společností s ručením omezeným (s.r.o.). Do převážné většiny společností vnikl zahraniční kapitál, stejně jako u lomů těžících vápenec a dolomitické vápence pro výrobu cementu a vápna, vápnito-cementových směsí, atd. - společností v Králově Dvoře u Berouna, Čížkovicích, Prachovicích, Maloměřicích, Hranicích, Štramberku, Hydčicích aj.

2.2 Historie odborného školství v českých zemích vázající se k hornické činnosti

3

Období 16. století bylo ovlivněno mocně se rozvíjejícím humanizmem, renesancí a reformními snahami světskými a církevními. Začalo se formovat hospodářské i politické vědomí obyvatelstva, zásluhou rozvoje školství a především v horních městech, především pak s rozkvětem krušnohorského hornictví. Bylo to nezbytně nutné již z hlediska narůstajících požadavků a nároků na hospodářské a technické vedení dolů, hutí, hamrů či mincoven, složitost obchodování s rudami a ostatními těženými nerosty, evidenci těžařů a výpočtů daní. V té době správní úřady začaly požadovat vzdělané a všestranně schopné úředníky i v oblasti hornoprávní agendy.

Zejména druhá polovina 16. století umožnila vydání celé řady odborných publikací s hornickou tématikou. Nejvýznamnější z autorů byl Georgius Agricola, který působil v hornické oblasti Krušných hor jako městský lékař v Jáchymově (1527 - 1531), kde načerpal mnoho odborných hornických, hutnických a přírodovědeckých poznatků. Ty zúročil v jeho nejznámější knize „De re metallica, libri XII“ (Dvanáct knih o hornictví a hutnictví), která se stala po dobu více než 300 let základní učebnicí hornictví a hutnictví na odborných školách v Evropě a později i v Americe. Hospodářský, technický a kulturní vývoj místního hornictví měl vliv na založení odborného hornického školství v roce 1716 v Jáchymově na základě rozhodnutí císaře Karla VI.

Bylo to první báňské učiliště, které lze nazvat na tuto dobu školou nejvyšší úrovně s vlastním systémem výuky, se zkušebním řádem, s odbornými pedagogickými silami a s povinnou literaturou. Tato naše škola je nejstarší báňskou školou na světě. Obdobná škola vznikla na území Rakouska-Uherska v r. 1735 v Báňskej Štiavnici a v r. 1765 ve Freibergu v Sasku.

Rozvoj báňského podnikání v polovině 19. století nestačila pokrýt požadavky jediná báňská škola v Rakousku-Uhersku a proto na základě dekretu císaře Františka Josefa I. byly založeny další školy a to v Příbrami a Leobenu.

Škola v Příbrami byla slavnostně otevřena 12.11.1849 a od r. 1865 dostala právo užívat název „Báňská akademie“. Dne 27.12.1894 byla prohlášena vysokou školou. Čeština jako vyučující jazyk nahradila němčinu až od 5.8.1919.

V letech 1939 - 1945 byla její činnost zastavena a obnovena až v červnu 1945. Dekretem prezidenta republiky z 6.9.1945 byla přemístěna do Ostravy jako Vysoká škola báňská v Ostravě. Počet fakult postupně narůstal až do dnešních šesti. V r. 1994 se její název změnil na VŠB - Technická univerzita Ostrava pro svůj multidisciplinární charakter výuky.

Obor „Těžba a zpracování nerostných stavebních surovin“ byl ustaven v r. 1993 při katedře lomového inženýrství a po sloučení s katedrou hlubinného dobývání ložisek je vyučován na Institutu hornického inženýrství.

Obor lomové dobývání byl vyučován také na středních školách zabývajících se hornickou tematikou. Byla to střední průmyslová škola hornická v Duchcově, zaměřená především na exploataci uhelných ložisek a Střední průmyslová škola kamenická v Hořicích pro exploataci především stavebních surovin. Hornické obory na SPŠH byly zrušeny a tak

4

přežívá výuka pouze na SPŠ kamenické v Hořicích. Vznik této školy je dán rokem 1884, kdy vznikla pod názvem Odborná škola sochařsko-kamenická v Hořicích a ve svém oboru patřila ke špičkovým odborným školám v Evropě. Je v ní vyučován klasický směr zaměřený na dobývání drceného a těženého kameniva a umělecký směr zaměřený na kamenosochařství.

3. ZDROJE NEROSTNÝCH SUROVIN V   ČESKÉ REPUBLICE

Podrobněji bude o ložiskách nerostných surovin v České republice a ve světovém měřítku pojednávat předmět vyučovaný ve druhém ročníku „Geologie a ložiska stavebních surovin“. V této kapitole uvádíme jen povšechný přehled ložisek.

3.1 Rudná ložiska

Rudná ložiska v ČR se již v současné době netěží. Státní podniky Rudné doly Jeseník a Rudné doly Příbram jsou již organizace dokončující útlum a vypořádání majetkové. Stejně je tomu tak i u organizací v minulosti těžících radioaktivní rudy hornickým způsobem na ložiskách Příbram, Zadní Chodov, Dyleň, Rožná a v Hamru p. Ralskem, kde se těžilo podzemním loužením. Likvidační práce a zahlazení činnosti bude otázkou mnoha let.

3.2 Uhelná ložiska

Uhelná ložiska představují v současné době v ČR nejpodstatnější složku našeho nerostného bohatství. Restrukturalizací uhelného průmyslu došlo k pronikavému snížení těžeb jak černého, tak hnědého uhlí a lignitu - ložisek, které zařazujeme do surovin označené jako kaustobiolity.

Černé uhlí bylo do r. 1999 těženo hlubinným způsobem dvěma akciovými společnostmi - Ostravsko-karvinské doly, a.s. Ostrava s průměrnou roční těžbou 13 mil. tun na území české části hornoslezské pánve a Českomoravskými doly, a.s. Kladno s průměrnou těžbou 3 mil. tun za rok na dvou dolech Kladenska a Dole ČSM ve Stonavě na Karvinsku. Počátkem r. 1999 se obě společnosti sloučily do akc. spol. Karbon Invest, a.s. Tři čtvrtiny těženého černého uhlí je koksovatelné, zbytek je energetické uhlí. Na ostatních černouhelných pánvích byla těžba po roce 1990 zastavena - tj. ve východočeském, západočeském a rosickém revíru.

Hnědé uhlí představuje rozhodující energetický zdroj ČR, z něhož se v současné době zajišťuje cca 60 % výroby elektrické energie. V 80. letech se vytěžilo v býv. Československu až 100 mil. tun hnědého uhlí a lignitu (lignit cca 5 - 6 mil. tun).V těžbě hnědého uhlí došlo k výraznému poklesu těžeb cca na dvě třetiny - tj. po roce 1990 na 65 mil. tun a těžba po roce 1995 se ustálila v rozmezí 50 - 55 mil. tun. Dvě uhelné společnosti těžící v Severočeské hnědouhelné pánvi (SHP) - Mostecká uhelná společnost, a.s. Most a Severočeské doly, a.s. Chomutov těží ročně 35 - 40 mil. tun uhlí a v Sokolovské pánvi těží Sokolovská uhelná, a.s. Vřesová ročně 11 - 12 mil. tun ve 4 lomech. Lignit je těžen 1 hlubinným dolem na

5

Hodonínsku v ročním množství cca 0,5 - 0,6 mil. tun. Hnědé uhlí je těženo lomovým způsobem cca 98 % objemem těžeb.

3.3 Nerudné suroviny

Nerudné suroviny jsou v České republice zastoupeny v široké paletě surovinových druhů, vyjma některých silikátových nerostů.Keramické suroviny

Kaolínová ložiska se vyskytují na Karlovarsku, Podbořansku a v okolí Horní Břízy a Kaznějova, Kadaňsku a Znojemsku. Těžený kaolín je členěn do tří skupin - kaolín pro jemnou keramiku (porcelán), kaolín papírenský a kaolín pro ostatní průmysl (př. elektroprůmysl - izolátory, aj.). Jeho podíl na zásobách představuje podíl 55:30:15 z těžby 2,3 mil. tun (1993).

Bentonit je doprovodnou surovinou kaolínů a také je významně obsažen v nadloží hnědouhelné sloje v Mostecké kotlině - Mostecko, Kadaňsko, Podbořansko. Těžený bentonit se užívá především ke slévárenským účelům, jako výplachů při vrtání zemních a odvodňovacích vrtů a hojně při zemědělských pracech při rekultivacích (65 tis. t/rok).

Žáruvzdorné a keramické jíly využitelné v průmyslu se vyskytují na více místech ČR. Žáruvzdorné jíly na ostřivo se vyskytují v oblasti moravské křídy v okolí Březiny, Malotína a Hřebče, české křídy východně od Prahy (Bráník, Vyšehořovice), českého permokarbonu (Hořkovec, Rakovnicko). Výskyt keramických, pórovinových a vazných jílů je soustředěn na Chebskou pánev (Sedlec, Skalná, Nová Ves, Karel) a na severočeskou hnědouhelnou pánev (Mostecko, Teplicko). Další výskyty jsou v jižních Čechách. Roční těžba se pohybuje kolem 300 tis. tun u žáruvzdorných jílů a cca 300 tis. tun keramických jílů; pórovinových jílů se těží cca 20 tis. tun ročně.

Živcové suroviny jako zdroje živců jsou aplitické žíly a štěrkopísky s vysokým obsahem živců - v okolí Krásna nad Teplou , Halámky u Třeboně; ložiska pegmatických živců jsou soustředěna v prostoru Poběžovic v horském granulitovém masivu a na Teplicku. Roční těžba kolem 200 tis. tun.

Sklářské a slévárenské písky jako výhradní nerosty (na rozdíl od nevýhradních stavebních a maltéřských písků) se vyskytují v severočeské křídové tabuli a v oblastech tzv. vátých písků ve střední části Polabí.

Křemenné písky sklářské se vyskytují na ložiskách Srní, Střeleč, Provodín, Skuteč, Velký Luh. Zároveň se zde nalézá i podstatná část slévárenských písků. Ložiska přírodních slévárenských písků je u nás zastoupena v podstatně menší míře. Z významnějších lokalit uvádíme Kobylisy, Strážnice a okolí Blanska. Sklářských písků se těží kolem 800 tis. tun a slévárenských 950 tis. až 1,0 mil. tun ročně.

Vápence a dolomitické vápence jsou surovinami s mnohostranným využitím v průmyslu stavebních hmot (vápno, cement), v chemickém průmyslu, v metalurgickém průmyslu (složka do vysokých pecí při výrobě železa), v zemědělství jako hnojiva či krmné účely, v potravinářském průmyslu (cukrovarnictví - saturační vápenec) aj. Jejich zásoby jsou poměrně vysoké, ale podstatná část zásob je vázána na chráněné krajinné oblasti (CHKO) v barrandienu (viz blízkosti Koněpruských jeskyní dohady o cementárně ve Tmáni), či Moravském krasu (Maloměřické cementárny) nebo vázány na zájmy ochrany přírody a přírodních výtvorů (Krkonošsko-jizerský región), z části i na ochranu podzemních vod.

6

Významnými cementárnami a vápenkami jsou: Královodvorské cementárny v Berouně, Čížkovice u Lovosic, Prachovice v Polabí, Hydčice u Sušice, Hranice na Moravě, Maloměřice u Brna a Štramberk u Kopřivnice. Od r. 1989, kdy se těžilo více než 16 mil. t poklesla těžba vápenců cca na 10,5 mil. t (1993). Korekční cementář. suroviny se těží ročně mezi 600 - 700 tis. tun.

Sádrovec - významná ložiska přírodního sádrovce se nalézají v sev. části opavského okresu - končící lom Kobeřice a po r. 2000 se bude otevírat ložisko Sudice při polských státních hranicích. Vyrábí se sádra a sádrovec typu A se dodává pro výrobu cementářského slínku. Jeho těžba se pohybuje kolem 250 tis. tun ročně (1999).

Eruptivní horniny jako surovina pro stavební materiál se prakticky nalézá na celém území republiky.

Mezi nejčastěji využívanými surovinami pro výrobu drceného kameniva se řadí granity, granodiority, čediče, melafyry, znělce, gabra aj. Vedle eruptivních hornin k výrobě drceného kameniva se využívají i sedimentární horniny jako pískovce, prachovce, vápence, droba aj.

Řada surovin vykazující vysokou leštitelnost, blokovitost aj. technické vlastnosti, se využívá v ušlechtilé kamenické výrobě k obkladům interiérů budov, exkluzivním interiérům koupelen (vany, umývadla), krby, římsy, k církevním a hřbitovním účelům - granity, syenity, granodiority, mramory, pískovce aj.

Písky a štěrkopísky vhodné pro stavební účely se vyskytují převážně v kvartérních sedimentech na středních a dolních tocích našich řek - Polabí, Povltaví, Poohří, Pomoraví, Poodří, Pobečví, Podyjí aj. Největším problémem těžebních organizací jsou střety zájmů při záboru kvalitních zemědělských a lesních půd, vodohospodářské zájmy a ochrana životního prostředí.

4. ZÁKLADY HORNICKÉ GEOLOGIE

Tato kapitola navazuje na získané poznatky látky, odpřednášené v rámci předmětu „Nauka o Zemi“ ve vztahu k základním poznatkům vázajících se k základům lomařství. Podrobnější znalosti získáte ve druhém ročníku studia v předmětech „Mineralogie a petrografie“ a „Geologie a ložiska stavebních surovin“.

4.1 Rozdělení hornin

Vznikem a rozdělením hornin se zabývají geologické vědy - mineralogie a petrografie. Na základě petrografického složení a podle vzniku dělíme horniny:

- vyvřelé - vzniklé tuhnutím magmatu (hlubinné a výlevné),- sedimentární - vzniklé v procesech zvětrávání - transportu - sedimentace - diageneze a metamorfózy,- metamorfované - vznikají z obou předešlých v procesu metamorfózy (přeměny chemickými

pochody především změnou teploty a tlaku).V současné době je známo přibližně 3 000 nerostů, velmi často se jich vyskytuje na

300, nejběžnějších je asi 30.

4.1.1 Vyvřelé horniny

Nerosty vyvřelých hornin vykrystalizovaly z magmatu nebo lávy. Jsou chemicky složité a hlavními součástmi vyvřelých hornin jsou silikáty. Vyvřeliny se tvoří tuhnutím magmatu nebo lávy a to v různých hloubkách. Na základě obsahu SiO2 (křemene) v magmatu

7

rozlišujeme vyvřeliny kyselé (př. žula), neutrální (andezit), bazické (př. čedič) a ultrabazické. Vyvřeliny se však liší i podle hloubky, v níž magma tuhne a tak dle tohoto kritéria rozlišujeme vyvřeliny:- hlubinné,- žilné,- výlevné.

Magma buď proniká do zemské kůry v hloubce a pak tvoří intruzivní tělesa nebo se rozlévá na zemský povrch a pak tvoří výlevná (vulkanická) tělesa, které jsou i předmětem lomové těžby.

Vulkanické horniny tvoří vulkanická pohoří, výlevné sopky, lávové proudy a příkrovy či kupy aj. Vulkanity, hlavně geologicky mladé vulkanity - tzv. neovulkanity - typické České středohoří - poskytují řadu surovin. K nim patří stavební kámen - příkl. čediče, znělce, trachyty, či suroviny petrurgického průmyslu, bentonity, ložiska českých granátů aj.

K průvodním jevům sopečné činnosti patří především plynné exhalace či postvulkanické exhaláty CO2 - moffety, které jsou nejznámější na Chebsku - rezervace SOOS. Dalšími průvodními jevy jsou i vývěry horkých pramenů a minerálních vod - v ČR se setkáváme v Českém středohoří a v Doupovských horách (teplické a karlovarské prameny).

4.1.2. Usazené horniny

Usazené (sedimentární) horniny vznikly přemístěním a usazením úlomků a produktů zvětrávání starších hornin a dělíme je na:- úlomkovité (klastické)- chemogenní a chemické- organogenní- organické.

4.1.2.1 Klastické sedimenty

V úlomkovitých horninách nacházíme v různém stupni opracované úlomky starších hornin vyvřelých, přeměněných a usazených. Nejčastější je křemen, který je mechanicky velmi odolný a dlouho se uchovává. Méně stabilní jsou živce, které snáze zvětrávají, slídy (biotit, muskovit a chlorit), úlomky tmavých minerálů, glaukonit a rudní minerály, zvláště pyrit.

Jílové minerály - ze silikátů jsou nejhojnější jílové minerály, které mají velmi významné vlastnosti technické.

Jílové minerály jsou minerály zpravidla velmi jemného zrna, pod 0,005 mm. Vznikají zvětráváním primárních silikátů (živců) vyvřelých a metamorfovaných hornin. Jsou součástí jílů, půd a tvoří jílovitou složku v úlomkovitých sedimentech. Bez příměsí jsou základní jílové minerály bílé, příměsi však často způsobují zabarvení žlutavé, zelenavé, modravé nebo hnědavé. Zrna (krystalky) jílových minerálů jsou velmi malých rozměrů, optickým mikroskopem nepozorovatelná. Hlavní jílové minerály jsou kaolinit, halloysit, montmorillonit (je součástí bentonitů; při navlhčení silně zvětšuje svůj objem, bobtná, vysoušením se smršťuje), illit je součástí jílů a jílovitých břidlic.

Klasifikace klastických sedimentů

Podle velikosti částic se klasifikují sedimenty klastické a jílovité. Rozlišují se psefity, psamity, aleurity a pelity.

8

Zrnitostní klasifikace sedimentů je v ČR standardizována. Označení klastických sedimentů pak ukazuje tabulka 1.

Klasifikace sedimentů dle zrnitosti Tabulka 1

Částice Rozměry Název sypkéhosedimentu

Název zpevněnéhosedimentu

psefity balvan hrubý valoun střední valoun drobný valoun

nad 250 mm 50 - 250 mm 10 - 50 mm 2 - 10 mm

balvanitý štěrkhrubozrnný štěrkstředozrnný štěrkdrobnozrnný štěrk

brekcieslepenec

psamity 0,5 - 2,0 mm 0,25 - 0,5 mm 0,063 - 0,25 mm

hrubozrnný písekstředozrnný písekjemnozrnný písek

hrubozrnný pískovecstředozrnný pískovecjemnozrnný pískovec

aleurity 0,063 - 0,05 mm prach prachovecPelity pod 0,01 mm jíl jílovec

Fyzikální, chemické a biochemické procesy, vedoucí ke zpevnění označujeme jako diagenezi. Patří sem především kompakce, cementace látkami vysráženými z roztoků v sedimentu a nahrazování jedněch minerálů jinými.

Podrobnější klasifikace klastických sedimentů je založena nejen na zrnitostním, ale i na mineralogickém složení.

4.1.2.2 Přehled sedimentů chemického a organického původu

Podle výchozího materiálu a způsobu vzniku dělíme tyto sedimenty na: chemogenní a chemické- soli: sádrovec, anhydrid, sůl kamenná, soli draselné a hořečnaté,- uhličitany: chemogenní vápence a dolomity,- křemičité horniny: opály, chalcedony, jaspisy.

Organogenní- uhličitanové: vápence a dolomity tvořené schránkami odumřelých organizmů,- křemité: sypké i zpevněné horniny tvořené schránkami odumřelých organizmů nebo částmi jejich skeletu,

- železité: bahenní železné rudy tvořené hydrioxidy železa vysráženými životní činností organizmů,- fosforečné: fosfority (výkaly a kosterní zbytky organizmů bohaté sloučeninami fosforu).

K organickým sedimentům patří rašeliny, uhlí, sapropel, ropa, zemní plyn, asfalt a uhlovodíkové smoly.

4.1.2.3 Prostředí vzniku sedimentů a facie

Podle prostředí transportu a ukládání sedimentárního materiálu dělíme sedimenty na:1. sedimenty vzniklé ve vodním prostředí:

9

- v oceánech a mořích se slanou vodou: sedimenty oceánické a marinní,- v jezerech se sladkou, slanou nebo nadměrně slanou vodou: sedimenty limnické,- v řekách a potocích a v dosahu jejich povodňových záplav: sedimenty fluviální,

2. sedimenty vzniklé ve vzdušném prostředí: sedimenty eolické,3. sedimenty vzniklé transportem a ukládáním sněhem a ledem: sedimenty glaciální (glacigenní).

Eolické a glaciální sedimenty jsou tvořeny pouze sedimenty ze skupiny klastických sedimentů. Naproti tomu ve vodním prostředí mohou vznikat sedimenty všech čtyř genetických skupin (klastické, chemogenní, organogenní i organické), skupina klastických sedimentů však i zde převládá (zvláště u fluviálních sedimentů).

Ve složení, struktuře a textuře sedimentárních hornin se odrážejí podmínky jejich vzniku a často i místa vzniku. Uvedený soubor znaků a s ním se pojící dedukce o způsobu a místě vzniku označujeme jako facii sedimentu. Mluvíme např. o souboru mořských sedimentárních facií, v němž od pobřeží do hlubokovodních částí moře se střídají facie pobřežní a příbřežní (příbojové a proudové balvanité štěrky, štěrky a písky) a mělkovodní (jemnější a jemné písky mírně proudící nebo vlnící se vody). Soubor facií jezerních sedimentů je daleko jednodušší, zvláště u sladkovodních jezer. Zde se setkáváme ponejvíce jen s pobřežní, příbřežní a mělčinnou facií převážně klasických a vzácně i organických sedimentů.

4.1.3 Metamorfované horniny

Metamorfózou označujeme přeměnu hornin z původních hornin vyvřelých, usazených (nebo starších metamorfovaných) při změně (zpravidla zvýšení) tlaku a teploty. Vzhledem k účelu tohoto textu se o těchto horninách zmíníme jen velmi stručně.

V zásadě rozlišujeme metamorfózu regionální a kontaktní. Regionální metamorfóza probíhá při ponoření hornin do hlubších částí zemské kůry.

V důsledku nové krystalizace minerálů vzniká většinou plošné usměrnění minerálů a horniny mají břidličnatou stavbu. Regionálně metamorfované horniny proto označujeme jako krystalické břidlice a oblasti jimi budované krystalinikum. Nejvýznamnějšími horninami jsou od nejslabší až po nejsilnější metamorfózu fylity, svory a ruly. V Čechách vystupují tyto horniny v Krušných horách, ve kře Oloví, Smrčinách a Slavkovském lese, kde tvoří rozsáhlé komplexy krystalinika.

Kontaktní metamorfóza je přeměna hornin za vysokých teplot na styku se žhavotekutou taveninou (magma, láva). Některé z těchto hornin jsou předmětem zájmu dobývání v kamenolomech jako stavební materiály.

4.2. Základní pojmy strukturní geologie

4.2.1 Primární struktury sedimentů

Již během sedimentace se tvoří tvary (struktury). Nazýváme je primárními, abychom je odlišili od tvarů (struktur) vzniklých druhotně, tektonicky, deformací hornin. Patří k nim především vrstvy, čočky, hermy, výmoly.

Vrstva a jiná základní tělesa sedimentů

10

Vrstva je základní sedimentární těleso přibližně deskovitého tvaru a stejného petrografického složení. Její vznik je výsledkem stejných fyzikálně-chemických podmínek na dané ploše a po určitou dobu. Vrstva je nahoře a dole omezena vrstevními plochami. Mezery mezi vrstevními plochami označujeme jako vrstevní spáry.

Vrstvu uhlí ev. jiného užitkového nerostu sedimentární povahy označujeme jako sloj, vrstvu sedimentárních rud jako rudní lože. Spodní vrstevní plochu pak nazýváme počvou, svrchní stropem sloje. Méně mocnou petrograficky odlišnou polohu uvnitř vrstvy označujeme jako vložky. Neuhelné vložky ve slojích označujeme jako proplástky. Proplástky dělí sloje na lávky. Vrstevní plochy v sedimentárních horninách představují nejčastěji nejvýraznější plochy diskontinuity, na nichž se mění mechanické a jiné fyzikální vlastnosti hornin a horského masivu. Velmi často jsou to plochy nejsnazší odlučnosti. To má velký význam z technického hlediska v hornictví, zejména při vyšetření stability horninového masivu na svazích, lomových stěnách apod. Povaha a četnost vrstevních ploch ovlivňují technické použití některých hornin (např. pokrývačské břidlice, deskovité obklady).

Mocnost vrstvy definujeme jako nejkratší vzdálenost mezi spodní a svrchní vrstevní plochou. Tuto mocnost označujeme také pravou mocností.

Mocnost je důležitá zvláště v ložiskové geologii. Spolu s kvalitou užitkového nerostu a dalšími vlivy určuje způsob a hospodárnost dobývání, případně dobyvatelnost ložiska. O nepravé mocnosti hovoříme tam, kde důlní dílo prochází vrstvami vodorovně (vodorovná mocnost) nebo svisle (svislá mocnost). U slojí, rudních loží a žil mluvíme o technické nebo průmyslové mocnosti. Rozumíme tím tu část vrstvy užitkové suroviny, která je skutečně dobývána a může být menší než pravá mocnost.

Jako dobyvatelnou nebo kritickou mocnost označujeme takovou minimální mocnost polohy užitkového nerostu, kterou lze hospodárně ještě dobývat.

Celkovou mocností naopak rozumíme pravou mocnost dobývané polohy včetně jalových hornin. Pro účely výpočtu zásob nerostných surovin se používá pojmu průměrná mocnost. Její určení bývá složité, zejména v komplikovaných geologických podmínkách.

4.2.2 Základy stratigrafie, vrstevní sled, souvrství, druhotné struktury

Vrstvy uložené nad sebou tvoří vrstevní sled (sekvenci). Opakují-li se ve vrstevním sledu vrstvy přibližně stejného petrografického složení, mluvíme o souborech vrstev nebo souvrství. Mocnost takových souborů dosahuje desítek až stovek metrů, výjimečně i přes 1 000 m. Souvrství jsou svědectvím stálosti fyzikálně-chemických podmínek sedimentace v čase, který může trvat i milióny let.

Vrstvy (nebo jiná geologická tělesa), uložené nad uvažovaným tělesem (např. uhelnou slojí) tvoří její nadloží, vrstvy pod ním tvoří podloží. Z praktických důvodů někdy rozlišujeme přímé a vyšší nadloží (nebo přímé a nižší podloží). V hornictví má důkladné poznání nadložních a podložních hornin na ložisku zásadní význam, neboť spoluurčují volbu dobývací metody a hospodárnost těžby - např. mocnost nadložních hornin určuje hloubku uložení ložiska. Ta určuje objem skrývaných hornin; jiným příkladem může být povaha podložních hornin, jsou-li bobtnavé a rozbřídavé, negativně ovlivňují těžební činnost, pohyb těžebních a dopravních mechanizmů.

Primární struktury uložení sedimentů bývají druhotně porušeny. Příčinou jsou většinou tektonické deformace hornin vzniklé nerovnoměrným rozložením napětí v zemské kůře a zemském plášti. Tato tektonická napětí zasahují do velkých hloubek několika km a druhotně vzniklé struktury označujeme jako tektonické struktury. Mají různou velikost - od mikroskopických rozměrů až po globální rozměry kontinentů.

11

Podle povahy deformace rozlišujeme na struktury spojité (bez přerušení vrstev) a nespojité struktury (s přerušením vrstev).

Ke spojitým patří flexury - představující jednoduchý ohyb a jsou vzácné (viz obr. 1) a vrásy vzniklé v oblastech, které podlehly horotvorným pohybům. Jsou různé velikosti, tvaru a komplikují hornickou činnost - viz obr. 2. Společným znakem je tvar podobný sinusoidě.

K nespojitým strukturám řadíme zlomy, pukliny a příkrovy. Plochy nebo soustavy ploch, podél nichž došlo k přemístění ker, označujeme jako zlomy. Mají různou směrnou i sklonovou délku v závislosti na intenzitě porušení. Také šířka zlomového pásma je různá a je přímo závislá na délce zlomu (od několika cm do desítek metrů; největší je u zlomů regionálních, které lze sledovat i ve směrné délce desítek km). Sklon zlomů bývá různý, nejčastěji od 60o do 85o. podle polohy kry v nadloží zlomů vůči kře podložní, dělíme zlomy na (obr.3):- poklesy, jejichž nadložní kra je níže- přesmyky, jejichž nadložní kra je výše- horizontální posuny - kry jsou vůči sobě posunuty v horizontální rovině.

Zlomy tvoří nejčastěji systém zlomů. Ty je možno pozorovat převážně na ploše rozsáhlých ložisek (příkl. podkrušnohorské hnědouhelné pánve) ve formě příkopových propadlin či hrástí (viz obr. 4).

Zlomy mají zásadní význam pro hornickou aktivitu a musí být proto na ložisku pečlivě sledovány a soustavně zaznamenávány v mapách a řezech. Komplikují otvírku a přípravu při těžbě a zvláště na lomech. Zlomová pásma mohou být nadto nebezpečná jednak z hlediska stability horninového masivu a jednak možným zvodněním.

Pukliny jsou to plochy diskontinuity, podél nichž nedošlo k přemístění ker. Pokud jsou vyvinuty, jsou podstatně četnější než zlomy (řádově 1 až 100 m délky), tvoří systémy a mohou být nebezpečné z hlediska stability masivu, neboť podobně jako zlomy i ony jsou plochami oslabení masivu.

Příkrovy jsou zpravidla obrovské tektonické struktury, v nichž došlo k dalekosáhlému (až na stovky km) subhorizontálnímu přemístění horninových komplexů.

Zvětrávání

Horniny jsou na zemském povrchu vystaveny působení vnějších (exogenních) činitelů - atmosféry, hydrosféry a vlivu organizmů. Přitom se mění jednak jejich konzistence, jednak jejich minerální a chemické složení a celkový fyzikální stav horninového masivu. Procesy, vedoucí k těmto změnám na povrchu, označujeme zvětrávání a hloubku, v níž jsou horniny zvětralé nazýváme pásmem zvětrávání (zvětralinový plášť). Zasahuje do různých hloubek (u nás od několika metrů až do 30 - 40 m, v tropech až do 140 a více m, v oblastech věčně zmrzlé půdy až do 400 m). Produkty zvětrávání jsou eluvia. Pro technika je důležité, že mají výrazně odlišné chemické, mechanické a další fyzikální vlastnosti než nezvětralé horniny (tzv. matečné horniny), z nichž vznikly - hlavně v procesu zakládání zemin.

Zvětrávání hornin je především ovlivňováno klimatem. Ve sněžném klimatu převládá mechanické zvětrávání, při němž se horninový masiv pouze rozpadá (desintegrace) na víceméně velké úlomky. K rozpadu dochází působením mrznoucí vody v horninovém masivu. Mechanické zvětrávání převládá i v pouštním (aridním) klimatu, kde je desintegrace

12

vyvolána objemovými změnami v důsledku prudkého ohřátí povrchové vrstvičky hornin ve dne a ochlazení v noci (dochází k tzv. exfoliaci - odlupování hornin).

Pro lomové dobývání je rozhodující znalost mechanického zvětrávání, když mechanické zvětraliny dosahují na různých druzích užitkových nerostů mocnosti několika metrů až desítek metrů. Zvětralé části těchto surovin vykazují jiné fyzikálně-mechanické vlastnosti, jak bylo výše uvedeno, hlavně v lomařství ve výrobě stavebního kamene v silničním a železničním stavitelství a v hrubé a ušlechtilé kamenické výrobě.

4.3 Geologická dokumentace

Výsledky geologického průzkumu dokumentujeme, kromě jiné dokumentace, geologickými mapami. V praxi geologického průzkumu a v hornictví se nejčastěji setkáváme s několika druhy geologických map různého měřítka (podrobné mapy - např. 1 : 2 000 až přehledné - např. 1 : 500 000).

Geologické mapy zemského povrchu

Z geometrického hlediska jde o mapy průsečnic zemského povrchu s nepravidelnými plochami omezující jednotlivá geologická tělesa, příp. soubory geologických těles (např. souvrství sedimentárních hornin). Na těchto mapách je zpravidla znázorněna též nepravidelná plocha zemského povrchu pomocí vrstevnic (jsou znázorněny směry vrstev a jejich sklon, dále označeny linie zlomů, sklon či amplituda zlomů, atd.).

Součástí geologické dokumentace jsou také geologické řezy, mapy izolinií hlavy a paty ložiska, mapy obsahu složek (kvalitativní znaky, popelnatost, obsah škodlivin, atd.). Mapy obsahu složek jsou důležitými podklady pro výpočet zásob užitkového nerostu, stejně jako pro hodnocení ekonomiky (cena ložiska, náklady na úpravu či homogenizaci, atd.).

5. ZÁKLADNÍ POJMY LOMAŘSTVÍ A OTVÍRKOVÉ PRÁCE NA LOMECH

5.1 Vybrané pojmy hornického názvosloví pro lomařství

Ložisko je přírodní nahromadění užitkového nerostu, opuštěný odval, výsypka či odkaliště, vzniklé hornickou činností a obsahující nerosty.

Užitkový nerost je nerost, který svými vlastnostmi je vhodný k průmyslovému, technickém

Lom je těžební u aj. využití.závod nebo provozovna, ve kterém se užitkový nerost dobývá povrchově a lom těžící

nerosty nad úrovní ostatního terénu či v úrovni se nazývá stěnový lom, lom pod úrovní terénu se nazývá jámový lom. Velké jámové lomy, hlavně uhelné a rudné se také nazývají povrchovými doly.

Dobývací prostor je prostorově vymezená oblast těžební organizaci k hospodárnému vytěžení užitkového nerostu v hranicích stanovených státní báňskou správou. Obvykle ho tvoří část ložiska, případně celé ložisko ev. i více malých ložisek.

Hloubka uložení ložiska je dána svislou vzdáleností mezi zemským povrchem a nadložní plochou ložiska v určitém místě.

Úklon ložiska je dán odklonem spádové přímky ložiska od vodorovné roviny.

13

Mocností ložiska označujeme vzdálenost nadložní a podložní plochy ložiska ve zvoleném směru - rozlišujeme pravou a nepravou mocnost.

Otvírka ložiska je soubor opatření a činností sloužících a vedoucích k přípravě těžby na tomto ložisku nebo v jeho části.

Skrývkou (skrývkovými hmotami) označujeme veškeré nadložní, podložní či meziložní hmoty, jejichž odstraněním připravíme ložisko k exploataci.

Řezy (etáže) představují horizontální neb mírné ukloněné stupně či lávky různé mocnosti ve skrývkových horninách i užitkovém nerostu, na kterých probíhá těžba (obr. 1).

Porubní fronta představuje soubor řezů vybavených dobývacími, dopravními a pomocnými zařízeními, na kterých se uskutečňuje proces těžby. Postup porubní fronty může být paralelní (obr. 7, 8) či vějířovitý (obr. 9).

Na řezech rozlišujeme: výšku řezu, sklon svahu řezu, šířku provozní plošiny a délku řezu - viz obr. 5.

Výška řezu je svislá vzdálenost mezi výše a níže ležící pracovní plošinou. Je určena parametry použitých dobývacích, nakládacích a dopravních zařízení, fyzikálně-mechanickými vlastnostmi hornin (zemin) zajišťujících stabilitu řezu.

Délka řezu se pohybuje od několika desítek metrů (jíloviště, hliniště) až po několik kilometrů (uhelné velkolomy). Závisí na tvaru a velikosti dobývacího prostoru a použitých mechanizmech.

Sklon řezu je úhel, který svírá svah řezu s pracovní plošinou a je určen stejnými parametry jako výška řezu.

Pracovní plošina je plošina řezu daná vzdáleností mezi patou výše ležícího a hlavou níže ležícího řezu.

Generální sklon skrývky (užitk. nerostu) je sklon daný úhlem, který svírá spojnice paty nejspodnějšího skrývkového řezu (užitk. ner.) s horní hranou nejvyššího řezu se svým průmětem do vodorovné roviny, procházející patou posledního skrývkového řezu (řezu užitk. ner.). Obdobou je generální sklon odvalu či výsypky u neuhelných lomů (obr. 2).

Výsypkou nazýváme zemní těleso na určeném úložišti, do něhož ukládáme veškeré vytěžené odklizové hmoty. Ty jsou ukládány na jeden nebo i více ústupů, které nazýváme výsypkovými stupni (etážemi). Každá výsypka i odval jsou stavbou.

Odval je obdobou výsypky - je to zemní úložiště odklizových hmot vč. technologických odpadů z těžby v řádech tisíce až statisíce m3. O odvalu hovoříme u malých a středních neuhelných lomů a kamenolomů.

Podzákladí je zemní plocha, na níž jsou ukládány výsypkové či odvalové hmoty.

Předvýsypka - výsypka, resp. jeden výsypkový stupeň takové výšky a takového předstihu před hlavní výsypkou, aby zlepšil její stabilitu jako celek. Zakládá se u svažitých terénů.

14

Postupným skrýváním nadloží uvolňujeme určité množství zásob užitkového nerostu, které vzhledem k odtěžování můžeme rozdělit do 3 skupin (viz obr. 6):- zásoby uvolněné (odkryté posl. skrývkovým řezem, bez ohledu zda jsou dobyvatelné)- zásoby dobyvatelné (pohotové k dobývání)- zásoby vázané (část odkrytých zásob, které jsou z provozních důvodů dočasně vázány příkl.

postavením dobývací a dopravní technologie).

Skrývkový součinitel (příkryvný poměr) je množství odklizových hmot nad vlastním ložiskem vč. svahové kubatury, které je nutno odtěžit, přepravit a založit k objemu vytěžitelných zásob ložiska. Je to rozhodující technicko-ekonomický ukazatel v rozhodovacím procesu otvírky nového lomu nebo jeho části. Udává se v m3 hornin (zemin) na tunu nebo m3 užitkové suroviny /m3.t-1; m3.m-3/. U stěnových lomů bývá ukazatel velmi nízký; s přibývající hloubkou uložení ložiska pod povrchem hodnota ukazatele stoupá. Pro většinu užitk. nerostů je stanovena hranice skrývk. součinitele, do které se ještě vyplatí surovinu těžit a upravovat (odbyt, ceny, světové ceny).

5.2 Nástin otvírkových prací na lomech

Otvírkou ložiska rozumíme souhrn veškerých prací a činností spojených s přístupem k vlastnímu ložisku. Při lomovém dobývání musí být ložisko zpřístupněno odtěžením nadloží, resp. u šikmých a strmých ložisek části podloží v určené ploše a rozsahu, umožňující vlastní exploataci ložiska. K otvírkovým pracem náležejí práce a stavby: uvolnění dobývacího prostoru pro vlastní otvírku (přeložení komunikací, vodotečí,

likvidace nejrůznějších objektů aj.), vytvoření volného prostoru pro provozní zařízení (správní budovy, měnírny,

transformátorovny, dílny a pod.) a pro spojovací železniční vlečku, příjezdové komunikace, inženýrské sítě,

vybudování odvodňovacích zařízení v předpolí lomu, odstranění skrývky, odlesnění, skrytí ornice a rekultivací schopných zemin, vybudování výjezdů pro dopravu užitkového nerostu a odvodňovacího systému na dně

lomu, vybudování výjezdů na vnější výsypku či odval, vybudování spojovacích drah k místu dalšího zpracování užitkového nerostu nebo přímé

spotřeby, vybudování výsypek, dopravních cest a zařízení na vnitřní výsypce.

Prvním úkolem otvírky lomu je vytvořit prvotní zářez (horní část obr. 7) s klesající trasou pro dopravu těžených hmot (povětšinou kolovou dopravou). Přitom musíme určit bod zářezu, odkud se začne s hloubením zářezu a odkud se dosáhne co nejdříve ložiska. Souhrnně při volbě zářezu přihlížíme k tomu, aby: užitkový nerost byl dobýván co nejdříve, co nejmenší množství skrývkových hmot muselo být umístěno na vnější výsypce či

odvalu, provedení otvírky bylo provedeno bez obtíží (např. mimo tektonické poruchy, svahové

sesuvy) dopravní cesty na odkliz byly co nejkratší, otvírka nebyla ohrožena povrchovými vodami.

15

Vlastní způsob otvírky závisí na mnoha činitelích, z nichž nejdůležitější je tvar, úklon a hloubka uložení ložiska, druh užitkového nerostu, způsob dopravy, atd. Rozlišujeme zde dva základní způsoby otvírky: otvírka zářezem (vnějším nebo vnitřním), otvírka bez zářezu (u ložisek uložených v úrovni anebo nad úrovní terénu u stěnových

lomů).

5.2.1 Otvírka zářezy

Zářezy umožňují dopravní spojení mezi povrchem a dobývaným ložiskem. Jejich sklon a příčné rozměry musejí odpovídat druhu použité dopravy. Jsou určeny pro průjezd nebo položení dopravních zařízení. Otvírkové zářezy mohou být provedeny ve dvou variatách:

Otvírka vnějším zářezem (obr. 8, 9) je vhodná u horizontálně a mírně ukloněných ložisek. Obzvláště vhodný je tento druh otvírky s vazbou na pásovou dopravu. Používá se u mělce i hluboce uložených ložisek. Postup porubní fronty u tohoto způsobu otvírky je převážně paralelní. Odklizové zářezy jsou voleny vně hranice exploatace užitkového nerostu (mimo hranice bilančních zásob).

Otvírka vnitřním zářezem (obr. 7) se provádí v podloží šikmo nebo strmě uložených ložisek tak, že nejprve provedeme prvotní zářez a pak postupně další řezy až do projektované hloubky lomu. Současně se skrývkovými hmotami se těží i užitkový nerost. Přitom jednotlivé porubní fronty postupují povětšinou paralelně, což má značnou nevýhodu u kolejové dopravy, kde po projetí rýpadla po celé délce porubní fronty musíme přestavovat oblouky kolejí. Tento typ otvírky je vhodnější pro kolovou dopravu.

5.2.2 Otvírka bez zářezu

Uplatňuje se na ložiskách užitkových nerostů ve svažitých terénech, kde dobýváme stěnovými lomy a také u ložisek uložených velmi mělce pod terénem.

U stěnových lomů (vápencové, čedičové, žulové aj. lomy) se nadložní horniny či zeminy, po odstranění porostu (keře, stromoví), spolu s navětralými a kvalitativně neupotřebitelnými částmi užitk. nerostu, skrývají nejčastěji hrnutím zemními stroji (buldozery, grejdry) či odtěžují nakládacími stroji. Odklizové hmoty se ukládají na vnějším odvalu při patě ložiska obvykle na závětrné straně těženého kopce. Ložisko se převážně zpřístupňuje silniční komunikací se stoupáním max. 8 - 10o a v obloucích se realizuje budoucí roztěžení do řezů.

U ložisek mělce uložených pod povrchem se, po skrytí orničních a podorničních a rekultivace schopných vrstev zemin, skrývkové nadloží skrývá obvykle lopatovými rýpadly s hloubkovou lopatou ve spojení převážně automobilovou dopravou. Jedná se většinou o ložiska nevýhradních surovin (štěrky, štěrkopísky, stavební písky aj.). K tomuto typu otvírek patří i otvírky ložisek těžených z vody při mělkém nadloží - viz obrázek č. 6, z něhož je patrný postup rýpadla R a uvolňování nadloží pro následnou těžbu plovoucími rýpadly z pod vodní hladiny.

16

5.3 Výsypkové hospodářství lomu

V rámci otvírky lomu je nutné založení vhodných výsypek, které budou zaručovat úspěšný a plynulý provoz lomu. Nejde jen o zvolení dostatečného prostoru, ale je nutné přihlížet k fyzikálně-mechanickým vlastnostem zemin a podle toho zvolit vhodný způsob stavby výsypky, který bude zajišťovat její stabilitu a bezporuchový provoz. Důležitou podmínkou stability výsypky je navíc důkladné odvodnění podloží výsypky. Celkově možno konstatovat, že výsypkové hospodářství lomu je limitujícím faktorem provozu každého lomu. Podle umístění rozlišujeme výsypky vnější a vnitřní.

V první fázi vývoje lomu přicházejí v úvahu pouze vnější výsypky (odvaly), které jsou zakládány na vyprojektovaných místech obvykle poblíž lomu nad původním terénem (tzv. výsypky převýšené) anebo je umísťujeme do jiného opuštěného lomu. Vnější výsypky komplikují organizaci provozu lomu a zvyšují provozní náklady na jednotku vytěžené užitkové suroviny (vzdálenost, stoupání nad povrch).

Teprve po uvolnění dostatečného prostoru vlastní těžbou se ve vytěženém prostoru mohou zakládat postupně jednotlivé stupně vnitřní výsypky. První výsypkový stupeň se zakládá na dně lomu tak daleko od posledního řezu užitkové suroviny, aby nebyl ohrožen provoz na tomto řezu a narušeno odvodňování lomu. S postupující dobývací frontou užitkové suroviny se současně tvoří prostor pro postup výsypkové fronty a dále se postupně vytvářejí další výsypkové stupně. Pro úplnost uvádíme, že na kamenolomech složiště odklizových hmot označujeme odvaly, které mají objem řádově v desetitisících m3. Naopak výsypky na velkých uhelných lomech mají kapacitu milióny a miliardy m3.

Založením prvního stupně vnitřní výsypky ve vytěženém prostoru (vyjma ložisek strmě a šikmo uložených a kamenolomů) končí fáze otvírky lomu. Mechanizace zakládání na výsypkách a odvalech lomů a provozoven těžících nerostné stavební suroviny je vcelku jednoduchá. Na většině lokalit jsou těžebními, resp. nakládacími mechanizmy lopatová rýpadla či kolové nakladače a odvozovými prostředky jsou nákladní automobily či trucky. Tyto kolové prostředky dopraví odklizové hmoty na odval a sklopením korby a přímým výsypem zakládají při horní hraně odvalu či výsypky. Nerovnosti a hromady na plošině výsypky či odvalu urovnávají buldozery či gradery jako zakládací zařízení.

Na větších a velkých těžebnách mohou být hmoty zakládány podobně jako na velkých uhelných či rudných lomech, při kolejové nebo pásové dopravě i lopatovými rýpadly či menšími kolejovými nebo pásovými zakladači (viz kapitola o technologii dobývání a dopravy).

6. ZÁKLADNÍ POJMY Z   MECHANIKY HORNIN A ZEMIN

V lomařství se zabýváme otvírkou, přípravou a těžbou ložisek soudržných (pevných, skalní povahy) i ložisek nesoudržných (sypkých, zeminových).

Přírodní podmínky ložisek jsou dány a lze je měnit jen ve velmi omezené míře. Musíme proto vycházet z co nejúplnějších znalostí těchto přírodních podmínek a jim přizpůsobovat technická a technologická řešení při exploataci konkrétního ložiska. Obecně se touto problematikou zabývá věda označovaná jako geomechanika. Do ní řadíme mechaniku hornin a horského masivu, mechaniku zemin a část hornické geofyziky umožňující sledovat některé jevy a procesy v masivu.

17

Mechanika hornin se zabývá především fyzikálními, mechanickými, energetickými a technologickými vlastnostmi hornin zjišťovanými v laboratorních podmínkách i podmínkách přímo v horském masivu a praktickou aplikací získaných výsledků.

Mechanika horského masivu je zaměřena na problematiku napěťově deformačního stavu masivu a jeho změn v okolí důlního díla (stěny, komorové odstřely).

Mechanika zemin studuje technické vlastnosti zemin a podmínky stability svahů lomů, výsypek a odvalů a i inženýrských děl na povrchu nebo v malých hloubkách v pokryvných útvarech (přehrady, náspy, valy aj.).

6.1 Fyzikální a mechanické vlastnosti hornin a zemin

Horninu jako základní stavební prvek horninového prostředí (horského masivu) můžeme popisovat z několika hledisek a proto rozlišujeme její:

- fyzikální vlastnosti,- mechanické vlastnosti.- popisné technologické vlastnosti.

Fyzikální a mechanické vlastnosti se zjišťují převážně na horninových vzorcích v laboratorních podmínkách nebo podmínkách horského masivu - říkáme in situ. Pro laboratorní zkoušky se odebírají vzorky v neporušeném stavu ze stěn lomů a jejich okolí nebo z vrtných jader průzkumných vrtů.

6.1.1. Fyzikální vlastnosti hornin a zemin

Vyjadřují fyzikální stav hornin jednotlivě, případně určité části masivu a to zejména pokud jde o objektivní obraz vyjadřující složení, stavbu a hmotové vlastnosti hornin. Fyzikální vlastnosti rozdělujeme do tří hlavních podskupin:- popisné fyzikální vlastnosti,- fyzikálně-technické vlastnosti,- vlastnosti fyzikálně-chemické.

Popisné fyzikální vlastnosti hornin a zemin

Do podskupiny těchto vlastností patří:- hmotové a tíhové vlastnosti,- pórovitost,- zrnitost,- vlhkost,- stupeň nasycení vodou a další.

Hmotové vlastnosti horniny vyjadřují množství hmoty v objemové jednotce. Hornina je obvykle hmotou nesourodou a bývá prostoupená puklinami, trhlinami a dutinami, které jsou volné nebo vyplněny kapalinou (vodou) a plyny, a proto se rozlišuje:- měrná hmotnost vyjadřující hmotnost objemové jednotky pevné fáze horniny (bez

kapalné a plynné fáze),- objemová hmotnost suché horniny představuje hmotnost objemové jednotky vysušené

horniny včetně pórů,

18

- objemová hmotnost vlhké horniny představuje hmotnost objemové jednotky včetně pórů se zahrnutím hmotnosti kapalné fáze,

- objemovou hmotností úložní rozumíme hmotnost objemové jednotky horniny v rostlém stavu se zohledněním stlačení vlivem působícího napětí. S touto vlastností musíme počítat při jejím tíhovém působení vlivem zemské tíže v horském masivu.

Pórovitost horniny nám udává poměr objemu pórů k celkovému uzavřenému objemu horniny. Na pórovitosti závisí řada parametrů fyzikálních a mechanických vlastností hornin (objemová hmotnost , číslo pórovitosti zemin, pevnost v prostém tahu, modul přetvárnosti a pružnosti v tlaku a pod.).

Zrnitost hornin (granulometrické složení) vyjadřuje zastoupení jednotlivých frakcí v celkové hmotnosti daného horninového objemu. Zjišťuje se jak u sypkých, polosoudržných a soudržných zemin, tak u jemných frakcí rozdrcených pevných hornin - viz tabulka č. 1 v kap. 4.1.2.

Vlhkost horniny představuje poměrné zastoupení volné vody v hornině, kterou lze odstranit vysušením při teplotě 105o C do stálé hmotnosti. Voda působí v horninách různě - nepříznivě (tlakové účinky volné vody a jejich průvaly, hydrostatický tlak, dynamické účinky při proudění v horninách), na druhé straně se snažíme zvýšené vlhkosti využít pro příznivé ovlivnění vlastností hornin a projevů horninového prostředí. Rozlišujeme zde vlhkost hmotovou, objemovou, přirozenou a umělou.

Hmotová vlhkost udává poměr hmotnosti vody k hmotnosti vysušené horniny.

Objemová vlhkost vyjadřuje poměr objemu vody v hornině k celkovému objemu horniny.

Přirozená vlhkost je výsledkem pochodu diageneze horniny a vlivu horninového prostředí - tudíž je to vlhkost horniny v přirozeném uložení.

Umělou vlhkostí rozumíme vlhkost horniny, které dosáhneme umělým zásahem (zavlažováním, vrtáním s výplachem nebo postřikem rubaniny). Je jedním z mála prostředků umožňujících ovlivňovat fyzikální a mechanické vlastnosti hornin.

Stupeň nasycení vodou udává poměr objemu vody k celkovému objemu pórů. Důležitý je u jílovitých zemin a jejich konzistenčních stavů.

Fyzikálně-technické vlastnosti hornin

K fyzikálně-technickým vlastnostem hornin počítáme především tyto vlastnosti:- propustnost,- vlastnosti, kterých využívá geofyzika,- tepelné vlastnosti.

Propustnost horniny vyjadřuje schopnost horniny či horninového prostředí propouštět kapaliny anebo plyny. V hornictví proto mluvíme o vodopropustnosti anebo plynopropustnosti hornin nebo horninových vrstev. Vyjadřuje se součinitelem propustnosti a součinitelem filtrace.

19

Vlastnosti hornin, kterých využívá geofyzika

Jde o skupinu tzv. geofyzikálních vlastností, projevujícími se jako síly, které se řídí přírodními zákony a jsou měřitelné citlivými přístroji. Některé minerály a horniny způsobují v zemské kůře odchylky (anomálie) od sledované geofyzikální vlastnosti, což podle velikosti a orientace zjištěných anomálií umožňuje pak usuzovat na plochu a tvar těchto horninových těles. Patří zde zejména:- magnetické vlastnosti - uplatňují se ve změně magnetického pole Země v místech, kde se

nacházejí feromagnetické látky (zejména ložiska železných rud),- elektrické vlastnosti - využívají se zpravidla při určování jednotlivých typů hornin v geologickém průzkumu; jedná se zejména o měrný elektrický odpor anebo měrnou elektrickou vodivost,- seismické vlastnosti - představují schopnost hornin vést seismické vlny z přirozených zdrojů (zemětřesení, důlní otřesy) anebo z umělých zdrojů (při odpalování většího množství trhavin).

Další vlastnosti jako radioaktivní a tepelné vlastnosti se uplatňují především u hlubinného dobývání.

Fyzikálně-chemické vlastnosti hornin

Značný vliv na fyzikálně-chemické pochody v sedimentárních horninách s vysokým obsahem jílovitých materiálů (zemin) má iontová výměna. Nejčastěji ji způsobují kationty jednomocných prvků (K, Na), méně dvojmocných (Ca, Mg) a nejméně trojmocných prvků (Al, Fe). Mají přímý vliv na bobtnavost, rozbředavost, smrštitelnost a plastičnost hornin.

Bobtnavost horniny je schopnost horniny zvětšovat svůj objem přijímáním vody. Uplatňuje se hlavně při styku vody s přirozeně plastickými horninami, např. na pracovních plošinách řezů v lomech, při odvodňování a zakládání.

Rozbředavost horniny vyjádřuje schopnost horniny k úplnému narušení své soudržnosti - rozplavení vlivem dalšího přijímání vody při procesu bobtnání.

Smrštitelnost horniny je definována jako schopnost horniny zmenšovat svůj objem vlivem vysušování, kdy může dojít i k rozpukání horniny v povrchové (obalové) části.

Plastičnost horniny vyjadřuje tvárlivost horniny při konstantním objemu v určitých hranicích její vlhkosti. Vyjadřuje se číslem plastičnosti. Je to důležitá vlastnost u hlín, jílů a jílovců a jím podobným zeminám či horninám.

6.1.2. Mechanické vlastnosti hornin a zemin

Vyjadřují mechanický projev horniny a masivu v prostoru a čase. Prosazují se komplexně, protože jsou ovlivněny genezí, stavbou horninové hmoty, úložními poměry, tektonikou, zvětráváním, vodním režimem a způsobem namáhání.

Podle geneze (kap. 4.1) se horniny dělí na eruptivní, sedimentované a částečně i zcela metamorfované. Eruptivní a metamorfované horniny se vyznačují vysokou odolností proti mechanickým účinkům, protože jsou zpravidla velmi pevné, tvrdé a pružné. Odolnost sedimentů bývá menší.

20

Stavba hornin je určena svou strukturou a texturou - tj. prostorové seskupení minerálů a jejich vzájemné uspořádání.

Úložní poměry - mocnost, úklon, hloubka uložení. Všeobecně platí, že se stoupající vrstevnatostí, tj. zmenšující se mocností jednotlivých vrstev téže horniny, klesá pevnost horninového souboru.

Zvětrané horniny vykazují odlišné mechanické vlastnosti. Hodnoty mechanických vlastností jsou ovlivněny způsoby namáhání (tlak, tah, ohyb, smyk, vzpěr).

K mechanickým vlastnostem řadíme:- pevnostní vlastnosti,- pružnostní a přetvárné vlastnosti,- některé technologické vlastnosti,- reologické vlastnosti.

Pevnostní vlastnosti

Pevnost hornin lze definovat jako míru odporu horniny, který hornina klade vnějším silám, resp. proti rozrušení vůbec. Horniny mohou být namáhány různým způsobem, a proto zde rozlišujeme pevnost v tlaku, tahu, smyku a ohybu.

Pevnost v prostém (jednoosém) tlaku představuje maximální napětí, které zkoušené horninové tělísko (ve tvaru krychle nebo válečku) snese v průběhu tlakového namáhání.

Pevnost v tahu udává mezní napětí, které má zkušební vzorek v okamžiku porušení tahem.

Pevnost ve smyku (střihu) je dána maximálním smykovým (střihovým) napětím, které hornina snese při namáhání tečným napětím v daných podmínkách zkoušky. V případě, že na namáhané ploše působí i normálové napětí, musíme tuto pevnostní charakteristiku oběma napětími.

Pevnost v ohybu vyjadřuje maximální napětí, které zkušební vzorek snese při ohybovém namáhání.

V lomovém dobývání je rozhodující fyz.-mech. vlastností smyková pevnost, používaná při stabilitních výpočtech stability skrývkových svahů a svahů výsypek. Je určena dvěma parametry: soudržností a úhlem vnitřního tření /o/. Hodnoty smykové pevnosti se stanovují smykovými zkouškami na smykových přístrojích, nazývaných smykače.

Pružnostní a přetvárné vlastnosti

Tyto vlastnosti charakterizují přetvárný proces (deformace) horniny při jejím postupném zatěžování. Obvykle zde máme na mysli tlakové namáhání (tlaková zkouška), kdy se horninové zkušební tělísko ve směru zatěžující síly zkracuje a v příčném řezu rozšiřuje (roztlačuje). Charakter přetváření můžeme vyjádřit přetvárným diagramem, který udává závislost napětí a relativní deformace.

21

Vzhledem k tomu, že horniny na rozdíl od jiných materiálů se téměř nikdy nechovají při zatěžování vyloženě pružně, zjišťuje se při zatěžování celkové přetvoření. I při malých zatíženích dochází u hornin vzhledem k jejich heterogenní stavbě k pružným i nepružným deformacím. Pružné chování hornin zjistíme tak, že horninu do určité míry zatížíme a následně odlehčíme. Pouze při odlehčování se projeví její pružné chování. Z přetvárných charakteristik hornin jsou nejdůležitější modul přetvárnosti, modul pružnosti a Poissonovo číslo.

Modul přetvárnosti v tlaku je vyjádřen poměrem mezi přírůstkem tlakového napětí a odpovídajícím přírůstkem relativního přetvoření v přímkové části zatěžující větve přetvárného diagramu.

Modul pružnosti v tlaku je vyjádřen poměrem mezi rozdílem tlakového napětí a odpovídajícím rozdílem přetvoření v přímkové části odlehčující větve přetvárného diagramu.

Poissonovo číslo je poměr mezi příčným a podélným přetvořením horninového tělíska při tlakové zkoušce.

Některé technologické vlastnosti

S těmito vlastnostmi se setkáváme v souvislosti s rozpojováním a drcením v lomařství a zpracováním těžené horniny (vrtání, rozpojování při ražení a dobývání, drcení). Jedná se obvykle o složitý souborný projev komplexu některých fyzikálních a mechanických vlastností hornin nebo o společný projev horniny a rozpojovacího nástroje či orgánu, který nejsme vždy schopni teoreticky definovat. Obecně zde patří: - tvrdost horniny,- rozpojitelnost hornin.

Tvrdost horniny - vyjadřuje odolnost, kterou se hornina brání proti vnikání tělesa z jiného, zpravidla tvrdšího materiálu. Tvrdost horniny závisí na tvrdosti minerálních součástí, struktuře spojení zrn, jakosti tmele, obsahu vody, stupni zvětrávání a pod.

Rozpojitelností horniny rozumíme technologickou povahu horniny, zahrnující přírodní podmínky, vlastnosti rozpojované horniny, parametry rozpojovacího orgánu a režim jeho práce. Patří zde vrtatelnost, řezné odpory a pluhovatelnost.

Vrtatelnost horniny vyjadřuje rychlost vrtání za daných podmínek procesu vrtání.

Trhatelnost horniny charakterizuje horninu z hlediska podmínek a technických parametrů trhacích prací; vyjadřuje se měrnou spotřebou trhaviny pro rozpojování objemové jednotky horniny za daných podmínek.

Rypný odpor je souhrn dílčích odporů horniny proti rozpojení. Vzniká při vnikání zubů nebo ostří rozpojovacích orgánů rýpadel do horniny. Je ovlivňován mechanickými vlastnostmi hornin.

6.1.3 Popisné technologické vlastnosti hornin

22

Jsou charakterizovány řadou vlastností, které se uplatňují při různých pracovních procesech a vztahující se zejména na rozpojené a přirozeně sypké horniny. Možno zde zahrnout:- stlačitelností horniny rozumíme relativní změnu objemu, resp. sloupce horniny (bez

dilatace do stran) za daného tlaku. Přichází v úvahu u přirozeně sypkých hornin (zemin) a rozpojených hornin (např. zakládaných hmot, v zásobnících, na skládkách a pod.).

- sypná hmotnost horniny je definována jako hmotnost objemové jednotky sypké horniny (uplatňuje se zejména při dimenzování zásobníků a dopravních zařízení a všude při manipulaci se sypkou horninou).

- obrusnost (abrazivnost) horniny vyjadřuje schopnost horniny povrchově opotřebovávat řezný nástroj a orgán stroje v procesu vzájemného tření při rozpojování horniny, v dopravě a pod.

6.2. Svahové pohyby hornin a stabilita svahů

6.2.1. Svahové pohyby hornin

Žádný svah není v geomechanickém smyslu stabilní a pod vlivem gravitace pomáhají různé mechanické procesy přemísťovat horniny z vyšších poloh do nižších. Některé druhy svahových pohybů nabývají technicky významný až katastrofální průběh i rozsah. Podle konfigurace svahu (sklon, výška) a fyzikálně-mechanických vlastností hornin mohou mít gravitační svahové pohyby různý mechanizmus. Rozeznáváme tu čtyři hlavní druhy pohybů:1) padání, tečení, sesouvání, pomalé plazení horninových mas,2) sesouvání hornin po smykových plochách,3) tečení vodou nasycené horninové masy,4) řítivé pohyby horninových úlomků, bloků nebo celých skalních stěn.

Nejtypičtějšími svahovými deformacemi jsou sesuvy, při nichž se pohyb odehrával po výrazných smykových plochách. V mocnějších soudržných zeminách (např. v třetihorních jílech) tyto kluzké plochy bývají zpravidla válcovitého tvaru (rotační sesuvy). V horninách skalního podkladu mohou sesuvy probíhat po nepříznivě skloněných a podřezaných vrstevních plochách nebo po jiných predisponovaných plochách oslabení masivu, jakými bývají dislokační plochy, systémy puklin, břidličnatost a podobné translační sesuvy. Podle tvaru se rozlišují sesuvy plošné, proudové, popř. frontální. Dalším typem sesuvů je forma překocení.

Příčinou gravitačních pohybů je aktivní působení sesuvutvorných faktorů, které způsobují změny současných přírodních podmínek, vzrůst smykových napětí v horninách nebo snížení jejich odporu vůči porušení smykem. Takovými faktory zpravidla bývají:a) zvýšení sklonu svahu nebo jeho výšky (např. erozí, podkopáním);b) zatížení horní části svahu nebo odlehčení jeho paty, vzrůst aktivních a pokles pasivních sil;c) náhlé nasycení zemin vodou a pokles jejich pevnosti ve smyku;d) zvýšený proudový tlak vody v zeminách a eventuální vyplavování jemných částic (běžný

zjev při vypouštění vodních nádrží);e) zvětrávání hornin a jejich porušování promrzáním, atd.

Při lomovém dobývání surovin je udržení stability zemních těles (ať již při správném určení úklonu svahů skrývkových řezů nebo výsypkových stupňů) kategorickým imperativem hospodárnosti a bezpečnosti. Za tímto účelem je třeba sledovat řadu vlastností horninového masivu (plochy diskontinuity, jejich směr a úklon, výplň, zvodnění) a sedimentů (pórovitost,

23

vlhkost, stupeň nasycení, konzistence, úhel vnitřního tření, modul přetvárnosti aj.). Určováním těchto vlastností, nutných k určení stability zemních těles se zabývá mechanika zemin.6.2.2. Stabilita svahů

Při lomovém dobývání ložisek nerostných surovin je nutno řešit, jaký sklon a výšku má mít svah, aby se nesesul. Je-li svah z nesoudržných hmot, musí se mu přisoudit takový sklon, ve kterém se nesoudržná resp. sypká zemina sama ustálí. Tento jev nazýváme pojmem přirozená sklonitost.

V technické praxi vždy stojíme před úlohami, jaké sklony dát svahům určitých výšek, aby se nesesuly nebo aby se jejich podloží nevytlačilo. Tuto problematiku řeší řada úloh mechaniky zemin - graficky či výpočetně (proužková metoda, metoda Sobotkova, metoda Verdeyenova aj.).

Všechny používané způsoby stabilizace svahů lze zařadit do některého z následujících postupů:a) stabilizace svahu odtěžením nebo založením hmot,b) stabilizace svahu jeho odvodněním,c) stabilizace svahu pevnými opěrnými prvky nebo kotvením svorníky.

ad a) Stabilizace se provádí odlehčením hlavy sesouvajícího se svahu odtěžením části objemu zemin ev. přitížením patní části svahu navezením hmot. Lze také použít v kombinaci oba způsoby.

ad b) Tato metoda se užívá, je-li svah protékán vodou. Jde o odvodnění podchycením vývěrů vody ze svahové části otevřenými odvodňovacími příkopy nejkratší cestou mimo patní část svahu.

ad c) Stabilizace pevnými opěrnými prvky se provádí tam, kde jsou stísněné poměry, neumožňující použití prvé metody. Tyto prvky tvoří obvykle velký kusový lomový kámen zakotvený do podloží a tvořící hrázku. Obvykle se užívá ke stabilizaci výsypkových či odvalových svahů.

Pro stabilitu výsypky či odvalu je důležité podzákladí (podložka) a jeho únosnost. Únosnost podzákladí znamená jeho schopnost přenést zatížení vyvolané tíhou zemního tělesa. Pro únosnost je důležité důsledné a důkladné odvodnění vrstvy tvořící podzákladí.

7. LOMOVÉ DOBÝVÁNÍ SOUDRŽNÝCH A NESOUDRŽNÝCH LOŽISEK STAVEBNÍCH NEROSTNÝCH SUROVIN

7.1 Charakteristika a rozdělení dobývaných nerudných surovin

Stavební nerostné suroviny jsou výchozí surovinovou základnou důležitých průmyslových odvětví a oborů národního hospodářství jako např. pro stavebnictví, hutnictví, keramický, sklářský a chemický průmysl, v dopravním stavitelství při výstavbě silnic, dálnic, železnic. Mají dále rozsáhlé uplatnění v průmyslu potravinářském, gumárenském, v zemědělství, v rozvoji strojírenství, energetiky a pod. Zahrnují značný počet nerostných surovin.

Ložiska nerudných surovin lze rozdělit do dvou základních skupin:Ložiska soudržných surovin:

24

- hromadná těžba v kamenolomech (pro výrobu drceného kameniva)- těžba kamene pro hrubou a ušlechtilou kamenickou výrobu- těžba v hliništích (vazké, sypné a lehce rozpojitelné materiály)

Ložiska nesoudržných surovin:- těžená rýpadly ve štěrkopískovnách a pískovnách (suchou nebo mokrou cestou)

Těžbu nerudných surovin ovlivňují některé specifické podmínky, jako např. geografická poloha a velikost ložiska, fyzikálně mechanické a technologické vlastnosti hornin v procesu rozpojování, klimatické vlivy, technologická úprava těžené suroviny a pod.

Ložiska nerudných surovin jsou plošně a kapacitně rozdílná, většinou menšího rozsahu a geograficky roztroušená.

7.2 Dobývání soudržných ložisek

Fyzikálně mechanické vlastnosti, způsob rozpojení hornin, účel těžby a zpracování určují volbu technologie dobývání soudržných ložisek na:- hromadnou těžbu skalních hornin v kamenolomech (výroba drceného kameniva)- těžbu bloků kamene pro kamenickou výrobu- těžbu rypných, vazkých hornin v hliništích.

Způsob otvírky lomu je dán tvarem a povrchem území a situováním ložiska, takže v kopcovitém terénu se zakládají lomy stěnové, v rovinatém území lomy jámové. Rozsah a způsob skrývkových prací závisí na mocnosti a charakteru nadloží, kde nánosy zemin a zvětralých hornin je nutno před vlastní těžbou užitkové suroviny v dostatečném předstihu odstranit. Skrývkové práce se provádějí selektivním odklizem pomocí lopatových rypadel, rypadel s vlečným korečkem a dozery, v současnosti na velkých kamenolomech se rovněž uplatňuje progresivní technologie rozrýváním skrývkových hornin výkonnými rozrývači.

7.2.1 Hromadná těžba skalních hornin

Pro výrobu drceného kameniva se těží horniny, které vyhovují svými fyzikálně mechanickými, chemickými a technologickými vlastnostmi. Jsou to zejména horniny vyvřelé (např. žuly, diority, porfyry, diabasy, spility, čediče, andezity aj.) a horniny usazené (např. droby, vápence aj.). V současné době dosahuje roční těžba cca 40 mil. t (včetně těžby vápenců). Technologie těžby hornin v kamenolomech se sestává z procesu rozpojování (vrtací a trhací práce, resp. rozrývání horniny), nakládání rubaniny z rozvalu a technologické dopravy (viz tab. 2).

Tabulka 2 Přehled prací a strojů spojených s dobýváním soudržných surovin (v kamenolomech) Druh prací Typ strojů a zařízení Skrývkové práce buldozery, rozrývače, skrejpry

25

lopatová rypadla (lanová nebo hydraulická) rypadla s vlečným korečkem terénní nákladní automobily

Rozpojování hornin vrtací soupravy, vrtací kladiva trhaviny, nabíjecí zařízení rozrývače, buldozery hydraulická kladiva (impaktory)

Nakládání rubaniny lopatová rypadla lopatové nakladače rypadla s vlečným korečkem

Technologická doprava rubaniny

terénní nákl. automobily (dempry) jednoosé tahače pásové dopravníky - stěnové (při použití mobilních drtičů) visuté lanovky (pro dopravu rubaniny v členitém terénu na větší vzdálenost) skipy (pro vertikální dopravu rubaniny z hlubokých jámových lomů) skluzy sýpy (pro vertikální gravitační dopravu rubanin)

7.2.1.1 Vrtací práce v kamenolomech

Vrtacích prací v kamenolomech se zejména používá ke zhotovování vývrtů pro táhlé vývrtové nálože, které se liší délkou a profilem a to pro řadové, clonové a plošné odstřely. Tyto vývrty se v našich podmínkách provádějí lomovými vrtacími soupravami o délkách vrtů v závislosti na výšce lomové stěny a průměrech od 80 - 160 mm.

K vrtání hornin se používá různých způsobů, které se liší přenosem energie na rozpojovací nástroj a na horninu. Z toho hlediska se jedná o rozpojování mechanické (nárazem, řezáním, obrusem), fyzikální (teplem, vodním paprskem) a ostatní (fyzikálně-chemickým aj.). V současnosti se výhradně uplatňují v kamenolomech mechanické způsoby vrtání (viz obr. 11), kde na průběh rozrušování mají vliv zejména vlastnosti horniny (struktura, tvrdost, pružnost, plastičnost, pevnost v tahu a tlaku aj.), charakter nástroje (počet břitů, řezný úhel aj.). a technologie vrtání (technické parametry vrtací soupravy, přítlačná síla, způsob vynášení rozrušené horniny apod.).

Nárazové vrtání je založeno na principu rozrušování horniny úderem dláta o značné hmotnosti na čelbu vrtu (obr.12a). Po každém úderu se dláto pootočí o určitý úhel pro dosažení rovnoměrného drcení horniny. Tohoto způsobu vrtání se používá ojediněle a to pro svislé vrty ve velmi tvrdých horninách.

Příklepné vrtání využívá vrubového rozpojení, kde břitový nástroj vniká do horniny působením kinetické energie od úderu části vrtného kladiva na horní část nástroje (obr.12b). Břitový nástroj po každém příklepu od horniny odskočí a pootočí se, aby další jeho vniknutí bylo v jiné nerozrušené části čela vrtu.

26

Rozeznáváme příklepné vrtání s vnějším nebo ponorným kladivem:- příklepné vrtání vnějším kladivem je založeno na využití těžkého sáňového kladiva (viz

obr. 14) a nástavného soutyčí na přestavitelné lafetě. Vrtací kladivo zůstává vně vrtu a do vrtu postupuje pouze vrtací nástroj, t.j. vrtací tyč s korunkou. Nevýhodou je prodlužování soutyčí se zvětšující se hloubkou vrtu s tlumením rázů a tím méně účinným přenosem rázové energie na dno vrtu

- příklepné vrtání ponorným kladivem využívá systém vrtacího kladiva, které postupuje do vrtu na čele soutyčí těsně za vrtací korunkou. Tím je zajištěna stálá a minimální vzdálenost kladiva od břitu vrtací korunky (viz obr.13). Vrtací kladivo je navrženo tak, aby se umístilo do vývrtu a zajišťovalo vlastní vrtání s velkou účinností.

Pro příklepné vrtání se v současnosti používá vrtacích korunek s  křížovými břity (obr. 15b) a zejména pro ponorná kladiva vrtacích korunek roubíkových (obr. 15a).

Rotačně řezné vrtání je způsob vrtání, při kterém vnikají břity nástroje do horniny a odřezávají třísku (obr.12c). Vrtné soutyčí je opatřeno řeznými vrtacími korunkami se symetricky spirálovitě nebo excentricky uspořádanými břity (jedno, dvou i vícestupňové) (obr. 15c) podle druhu vrtané horniny a průměru vrtu. Tohoto způsobu vrtání se používá v horninách s nízkou pevností, t.j. v měkkých a středně tvrdých.

Valivé vrtání je způsob vrtání, jehož základem je otáčení valivého dláta na čelbě vrtu. Vlastní řezný nástroj - valivé dláto (obr. 15d) je opatřeno několika ozubenými kotouči, nejčastěji kuželového tvaru, kdy hroty při odvalování po čelbě vrtu vnikají do horniny a způsobují její rozrušení. Hroty a výstupky na povrchu pracovních orgánů mají tvar zubů (zpevněné navařenými slinutými karbidy) nebo polokulovitého výstupku a jsou používány pro vrtání v měkkých až středně tvrdých horninách.

Rotačně-příklepné vrtání je způsob kombinovaného vrtání příklepného a rotačně řezného (obr.12d), kde vrtací nástroj na dně vrtu vytváří příklepným způsobem vrub v hornině a při otáčení je neustále přitlačován a tím horninu odřezává v třískách. Vrtání probíhá kontinuálně a umožňuje dosažení vyšších vrtných rychlostí.

Vrtací zařízení. V lomových provozech v současnosti zajišťuje vrtací práce následující zařízení:- vrtací ruční kladiva- vrtací sloupy- vrtací soupravy.

Ruční vrtací kladiva (obr. 16) se v lomech v současné době uplatňují při ražení štol pro přípravu komorových odstřelů, při těžbě a zpracování bloků kamene, v omezeném rozsahu při zajišťování sekundárních trhacích prací a jako součást vrtacích sloupů. Vyrábějí se v provedení lehké, střední a těžké, pro ražení komor jsou v provozu speciální druhy středně těžkých a těžkých pneumatických kladiv.

Vrtací sloupy jsou nejjednodušší vrtací zařízení používaná zejména při těžbě bloků příklepnými vrtacími kladivy ve zvláště obtížných terénních podmínkách (kde nelze použít vrtacích souprav), dále pro přípravu sekundárních trhacích prací. Vrtací sloupy umožňují použití těžkých vrtacích kladiv k dosažení maximální rychlosti vrtání a odstranění těžké fyzické námahy pracovníků.

27

Lomové vrtací soupravy jsou vrtací stroje umístěné na podvozku, v nichž je mechanizován alespoň posuv vlastního vrtacího zařízení. Hlavní rozdělení těchto strojů je podle způsobu vrtání, mobilnosti, umístění a druhu pohonné jednotky, hmotnosti apod. Podle způsobu vrtání používají se vrtací soupravy pro vrtání příklepné, rotační (rotačně řezné, valivé, rotačně-příklepné) s termickým vrtáním a univerzální.

Vrtací soupravy příklepné jsou v našich lomových provozech nejvíce používané, neboť mohou vrtat dle místních podmínek buď s vnějším nebo ponorným kladivem. Vrtací soupravy s vnějším kladivem - používají těžkých sáňových kladiv a nástavných soutyčí, které se sestavují z jednotlivých dílů v určitých délkách, kdy je možno ještě efektivně vrtat.

Vrtací soupravy s ponorným kladivem se používají zejména při zhotovování vrtů pro clonové odstřely v tvrdých až velmi tvrdých horninách o průměru vrtů od 80 do 160 mm do délek vrtů 25 až 30 m. Vrtací soupravy pro příklepné vrtání vybavené pneumatickými kladivy dosáhly svého vrcholu výkonnosti. Pro další možnost zvýšit efektivnost vrtání byl nutný přechod na pohon hydraulický, u nichž využití vyšších úrovní pracovního tlaku umožní dosáhnout vyšších vrtacích rychlostí (u pneumatického se dosahuje tlaku vzduchu od 0,5 až 1,5 MPa, u hydraulického pohonu 10 až 25 MPa).

Vrtací soupravy pro rotačně řezné vrtání se převážně uplatňují v lomech při vrtání v měkčích a středně tvrdých horninách (např. ve vápencích).

Vrtací soupravy pro valivé vrtání jsou svou konstrukcí a vybavením zařazeny mezi nejtěžší vrtací zařízení. Celkovou koncepcí se podobají rotačním soupravám, proto se v poslední době vyrábějí v univerzálním provedení a je možno s nimi vrtat rovněž rotačně řezně a rotačně příklepně. Lze jimi vrtat průměry vrtů od 150 do 450 mm.

Lomové soupravy pro termické vrtání se používají zejména v zahraničí při vrtání ve velmi tvrdých horninách s vysokým podílem křemíku. Pohyb vlastního vrtacího hořáku je řízen pomocí speciálních čidel tak, aby byl zajištěn optimální režim vrtání, výška vrtací věže je dimenzována podle sestaveného soutyčí pro maximální hloubku vrtání (při vrtání nelze postupně nastavovat délky vrtacích soutyčí).

Univerzální lomové vrtací soupravy (obr. 17) patří mezi nejproduktivnější a nejefektivnější vrtací zařízení, používaná v lomech se zřetelem na změny fyzikálně mechanických vlastností vrtané horniny, resp. souvrství hornin. Kromě toho lze pro každé podmínky volit optimální způsob vrtání i během vrtacího procesu v jediném vrtu. Tyto moderní stroje jsou vybaveny vlastním pohonem (diesel neb elektromotor) na kolovém nebo housenicovém podvozku s otočnou nástavbou a vrtací lafeta je vybavena zásobníkem vrtacích tyčí s možností mechanické výměny a nastavováním. Bývají vybaveny klimatizovanou kabinou, odsávacím a odprašovacím zařízením.

7.2.1.2 Trhací práce v kamenolomech

Rozvoj trhacích prací v lomech se v posledním desetiletí vyznačuje přechodem na těžbu hromadnými odstřely, které mají charakter hromadné velkovýroby drceného kameniva. Při těchto metodách se zvětšují šířky dobývaných bloků masivu, hornina se rozpojuje v maximálně účelném objemu a vytvářejí se podmínky pro nejúčelnější mechanizaci těžby

28

stavebního kamene, za současného zvyšování bezpečnosti práce při minimálních negativních účincích na okolní prostředí.

Trhací práce v kamenolomech lze všeobecně rozdělit na:- primární (hlavní, prvotní), kterými se dosáhne základního oddělení rozpojovaného objemu horniny od masivu a jeho rozpojení na menší kusy (rubanina)- sekundární (vedlejší, druhotné), kterými se již rozpojují nadměrné kusy horniny po

primárních trhacích pracích. Mezi tyto odstřely můžeme řadit i menší dodatečné odstřely k úpravě

lomové stěny nebo počvy po primárních odstřelech.

Při primárních odstřelech pro rozpojení horninového masivu v určitém bloku lomové stěny se využívá trhacích prací velkého rozsahu a to buď s náložemi táhlými (ve vrtech) nebo soustředěnými (v komorách). Technologie trhacích prací se skládá z přípravných prací, tj. zhotovování vhodných dutin (vrtů, komor, štolového systému apod.) pro uložení náloží, nabíjení dutin, z prostředků trhací techniky a roznětů odstřelů. Při volbě druhu hromadného odstřelu je nutno se řídit báňsko-technologickými, technicko-ekonomickými a bezpečnostními podmínkami. Rovněž je třeba přihlížet k vlastnostem hornin a geologické situaci ložiska, velikosti a tvaru dobývacího prostoru a ke způsobu odtěžení a zpracování rubaniny s ohledem na minimální potřebu sekundárního rozpojování.

V současnosti se v kamenolomech uplatňují při hromadné těžbě odstřely řadové, clonové, plošné, v některých případech ještě komorové a za určitých provozních podmínek i jejich kombinace.

Rozdělení trhacích prací na lomech je znázorněno ze schématu obr. 18.

Řadové odstřely se jako hlavní metoda rozpojování uplatňuje jen v menších lomech, ve středních jen jako pomocné odstřely (pro úpravu porubní fronty při otvírkových pracech, zarovnání stěn aj.) s uspořádáním obvykle v jedné řadě. V závislosti na výšce lomové stěny se vrtají vývrty hlavové, patní a zálomové (viz obr. 19).

Clonové odstřely jsou v současnosti u nás pro své výhody nejpoužívanější z hromadných odstřelů (možnost ovlivnění fragmentace rubaniny a tvaru rozvalu, selektivity těžby a snížení negativních účinků). Vrty jsou uspořádány v pravidelných odstupech (roztečích) v jedné až třech řadách rovnoběžných se sklonem lomové stěny (průměry vrtů od 75 do 160 mm). Optimální výška lomové stěny je závislá na báňsko-technologických podmínkách (požadovaná výška rozvalu rubaniny, účinnost vrtání, bezpečnost nakládání a stability svahů aj.) a bývá cca od 15 do 25 m (viz obr.20).

Plošné odstřely (kobercové) jsou založeny na systému táhlých náloží umístěných ve vrtech, jejichž osa je obvykle kolmá k volně stěně a ve více než třech řadách (většinou kolem deseti i více řad). Z provozně technického hlediska se tyto odstřely uplatňují při otvírkových pracech, kde výšky stěn jsou od 8 do 12 metrů, při dosažení mimořádně pravidelné kusovitosti rubaniny.

Komorové odstřely (obr.21) patří k hromadným způsobům těžby v kamenolomech, založených na principu soustředěných náloží značné hmotnosti, které vzájemně spolupůsobí při jednom roznětu. Nálože se umisťují do komor vyražených v horninovém masivu (navzájem propojené rozrážkami raženými z úvodní štoly) v jedné i více etážích, počet řad

29

závisí na výšce, sklonu a reliéfu lomové stěny. Jednořadé odstřely se volí při výšce od 30 do 35 m, dvouřadé při větší výšce stěny a při menším jejím sklonu. V současnosti se tyto odstřely používají pro pravidelnou těžbu spíše výjimečně, zejména v obtížně vrtatelných, ale dobře rozpojitelných horninách (např. sloupkové čediče aj.). Hlavní nevýhody jsou nerovnoměrná fragmentace rubaniny (velký počet nadměrných kusů), nemožnost použití selektivní těžby, velké negativní účinky (rozlet kamene, seismické vlivy a tlaková vzduchová vlna na okolí apod.).

Kombinované odstřely (obr.22) jsou většinou výjimečné způsoby primárních prací, při kterých je kombinován odstřel komorový a odstřel s náložemi ve vrtech (jednořadé, clonové aj.). Jsou realizovány v těch případech, kdy nejsou zajištěny podmínky účelné a bezpečné těžby.

Sekundární trhací práce jsou trhací práce malého rozsahu, které lze rozdělit na:- pomocné odstřely, které se realizují za účelem vyrovnání lomové stěny anebo reliéfu stěny

při hromadných odstřelech (nálože ve vývrtech malého průměru, podobně jako u řadových odstřelů)

- rozpojování nadměrných kusů, které se provádí buď příložnými náložemi nebo náložemi ve vývrtech.

Sekundární rozpojování příložnou náloží (obr. 23a) je nejjednodušším rozpojováním nadměrných kusů horniny (velikost rozpojovacího kusu nemá přesáhnout 1,5 m3), výhodou je malá pracnost, nevýhodou poměrně měrná spotřeba trhavin, vyšší účinek tlakové vlny a rozlet kamene.

Sekundární rozpojování náložemi ve vývrtu (obr. 23b) se provádí tím způsobem, že do vývrtu se umístí trhavina balená v běžných maloprůměrových náložkách. Ucpávka může být pevná (jílová, drť) nebo vodní (v obalech).

Škodlivé (negativní) účinky trhacích prací

Při provádění trhacích prací dochází k jejím vedlejším negativním účinkům, které ohrožují své okolí:- seismické účinky - otřesy- rozlet rozpojovaného materiálu- vzdušné tlakové vlny.

Některé z těchto účinků jsou neoddělitelnou částí prováděných trhacích prací, jiné je nutno přisuzovat nedostatečné přípravě odstřelu. Zárukou vyloučení negativních účinků - jako rozlet materiálu a vznik enormní tlakové vzdušné vlny je odpovídající odborná úroveň projektů a pečlivost v přípravě odstřelu.

Seismické účinky vznikají odpálením velkých náloží, při nichž nastanou půdní vibrace (otřesy většího rozsahu), které v okolí místa odstřelu vyvolají nepříznivé účinky. V okolí centra exploze se v hornině vytváří nárazová vlna šířící se všemi směry prostředí a vzniklé vibrace mají charakter prostorového postupného vlnění.

Rozlet rozpojovaného materiálu a nadměrný odhoz rubaniny může být způsoben, např. skrytými strukturami či tektonickými vlastnostmi horniny nebo chybnou projekcí odstřelu při zanedbání význačnějších poruch, puklin a dutin v rozpojovaném masivu.

30

Vzdušná tlaková vlna vzniká šířením rázové vlny ve větší vzdálenosti od místa odstřelu. Velký vliv na tyto účinky mají terénní překážky a atmosférické podmínky. Při trhacích pracích vzniká oblast v níž by vzdušná tlaková vlna mohla ohrozit zdraví pracovníků nebo poškodit objekty.

Průmyslové trhaviny jsou směsi anorganických a organických látek různé konzistence, které se používají pro účely civilní trhací techniky. Podle způsobu použití se trhaviny dělí na:- povrchové- důlní skalní.

Pro podmínky povrchových dolů a lomů lze použít pro hromadné odstřely téměř všech běžných průmyslových trhavin.

Povrchové trhaviny jsou určeny pro trhací práce na povrchových pracovištích a pro zvýšený obsah jedovatých látek ve splodinách se nesmí používat při práci v podzemí.

Důlní skalní trhaviny se používají pro trhací práce na povrchu i v podzemí. V posledních letech našly v trhací technice širší uplatnění pro své nízké výrobní náklady trhaviny typu DAP - směsi dusičnanu amonného a paliva (palivo je nejčastěji topný olej nebo motorová nafta). Dále se uplatňují trhaviny plastifikované vodou (TPV), které jsou v zahraničí nazývány „slurry explosives“.

7.2.1.3 Proces rozpojování, nakládání a dopravy skalních hornin pro drcené kamenivo

Základní těžební operace v kamenolomech jsou primární a sekundární rozpojování horniny, nakládání a technologická doprava rubaniny.

Způsob rozpojování.

Dobývací metody při rozpojování využívají v našich podmínkách převážně hromadné primární odstřely jednotlivých bloků skalního masivu na etážích lomů popsané v předchozí kapitole. Převážně se hromadná těžba v kamenolomech ČR provádí ve stupních. V zahraničí, a zatím v ČR omezeně, se využívá ve specifických úložně-geologických podmínkách rozpojování pomocí výkonných rozrývačů.

Dobývání ve stupních (etážích) se uplatňuje klasická těžební metoda, při níž se již u otvírkových prací skalní masiv rozčlení do jednotlivých stupňů za pomocí trhacích prací velkého rozsahu při sklonu lomových stěn větších než 60o s výškou etáží od 10 do 25 metrů. Tím každá etáž tvoří samostatné pracoviště a počet etáží je dán ve stěnovém resp. jámovém kamenolomu geologicko-úložními podmínkami, mocností ložiska a báňsko-technologickými podmínkami.

Z technologického hlediska a báňsko-technických podmínek musí parametry etáží splňovat stabilitu svahů, efektivní podmínky pro vrtací a trhací práce, výšky etáží zaručovat po rozpojení optimální tvar rozvalu a kusovitost rubaniny. Šířka pracovní plošiny má poskytovat dostatečný manipulační prostor pro nakládání a technologickou dopravu rubaniny (obr. 24).

31

Dobývání nálevkovité se může aplikovat jen ve stěnových kamenolomech, kde se využívá systému kombinace vodorovné štoly vyražené pod těženým ložiskem a z ní vedených šikmých komínů (sýp) až na povrch řezů (obr.25). Vyražené sýpy o velkém průřezu mají sklon 60 až 70o a v místě ústí do štoly jsou rozšířeny. Dobývaný masiv se postupně shora odstřely rozšiřuje a rozpojování postupuje v ose vedené štoly. Této dobývací metody se dá použít tam, kde při rozpojování nevznikají nadměrné kusy (možnost ucpání sýp) nebo použitím drcení rubaniny primárním drtičem (buď před ústím sýpy nebo mobilním drtičem před vstupem do sýpy). Hlavní předností je vyloučení mezietážové kolové dopravy rubaniny (využití transportu samospádem). V ČR se využívá minimálně.

Rozpojování rozrýváním (obr. 26)

Hornina se rozpojuje na požadovanou kusovitost pomocí rozpojovacího procesu rozrývacími noži taženými dozerem. Tento způsob těžení rozrývači je již rozšířen v zahraničí při rozpojování méně tvrdých hornin tektonicky narušených puklinovaných hornin a zvětralých povrchových vrstvách. V ČR se používá jen k provádění skrývkových prací v kamenolomech. Pro rozrývání připadají v úvahu jen nejvýkonnější dozéry o velké hmotnosti a značném výkonu motoru (více než 350 kW) při těžbě vápenců a j. měkčích hornin, nebo v místech blízké zástavby a tam, kde nelze použít trhacích prací.

Nakládání rubaniny patří k základním pracovním operacím při těžbě, kde se uplatňují všechny typy lopatových rýpadel (obr. 27) a kolových nakladačů (obr. 28). Při volbě typu nakládacího stroje se vychází z požadované výkonnosti (vyplývající z kapacity těžby), kusovitosti a návazné technologické dopravy. Maximální výška rozvalu je dána bezpečnostními předpisy (1,4 násobek dosahované výšky rýpadla) a je ovlivněna zejména kusovitostí rubaniny, výskytem hlinitých příměsí a druhem trhacích prací. Kusy kamene nadměrné velikosti, které nelze nakládat, je nutno druhotně rozpojit (dle velikosti vstupního otvoru primárního drtiče) buď sekundárními odstřely nebo hydraulickými bouracími kladivy (obr.29). Při volbě nakládacího stroje je nutné zajistit optimální poměr mezi jeho obsahem lopaty a obsahem korby nákladního auta.

Technologická doprava na kamenolomech je ovlivněna zejména tvarem a rozlohou lomu, druhem a vlastnostmi přepravované suroviny, její kusovitostí, požadovaným objemem a kapacitou přepravy, kvalitou a sklonem komunikací, dopravními vzdálenostmi.

Podle umístění a funkce lze rozčlenit technologickou dopravu na:- porubovou (horizontální doprava těživa na pracovních horizontech a spojovacích plošinách),- sběrnou (doprava po boku lomu a mezietážní vertikálně),- dopravu na úrovni základny lomu (na úpravnu apod.).

Podle typu dopravních zařízení je doprava kolová (automobilová, skrejpry, nakladači aj.), pásová, lanovkou, skipová, spádová (gravitační), kombinovaná.

Kolová doprava

Specifické podmínky dobývání v kamenolomech určují, že automobilová doprava je nejpoužívanějším druhem transportu rubaniny od těžební stěny k drtiči pro své výhody, spočívající ve značné pohyblivosti a pracovní manévrovatelnosti, zejména na ložisku nepravidelného uložení a se selektivní těžbou. Směr vývoje i v ČR směřuje ke stále větším jednotkám s nosností aut od 12 tun do 30 tun, v některých velkých vápencových lomech i s nosností až 50 tun (obr. 30). Tato doprava může být kombinována s dopravou dopravníky

32

nebo spádovou (použití předdrtiče, zabudovaného na některé etáži lomu). Mimořádně lze dopravovat na krátkou vzdálenost i kolovými nakladači (při selektivní těžbě) do násypky mobilního drtiče, umístěné bezprostředně u těžební stěny s porubovým pásovým dopravníkem.

Doprava pásovými dopravníky

Pokud se uskutečňuje těžba na několika etážích, nutně dochází k prodlužování dopravní vzdálenosti a tím také by bylo nutno použít větší počet automobilů. Proto v současnosti se i u nás používá progresivně cyklicko-kontinuální technologie, umožňující mobilním drtičem podrcení rubaniny u lomové stěny a dopravy pásové (obr.31).

Doprava visutou lanovkou se používá pro dopravu rubaniny na lokalitách při překonávání značných výškových rozdílů nebo terénních překážek a také umožňující nejkratší a přímé dopravní spojení mezi místem těžby a úpravy.

Doprava skipy se s výhodou používá jako sběrné dopravy v jámových lomech se značnými výškovými rozdíly (hloubka větší než 150 m). V současnosti se v zahraničí realizují otvírkové a těžební práce v rudných lomech při dobývání ložisek šikmých nebo strmých s hloubkou až 400 metrů. Většinou je kombinována s etážovou (horizontální) dopravou kolovou.

Doprava šikmým pozemním výtahem s podstavníkem na který najíždějí nákladní auta a jsou buď vytahována na ohlubeň lomu (v jámových lomech) nebo spouštěna na základní etáž (ve stěnových lomech).

Doprava skluzy je používána v kamenolomech k vertikální dopravě podrcené suroviny z horních etáží stěnových lomů (při použití předdrtičů stabilních nebo mobilních drtičů).

7.2.1.4 Dobývání bloků kamene pro HKV a UKV

Blokové dobývání kamene je způsob těžby přírodního kamene různých velikostí, které slouží pro výrobu kamenických kusových výrobků.

Těžbu bloků rozdělujeme z hlediska tvaru bloků a jejich kvality do dvou základních skupin: těžba materiálů pro hrubou kamenickou výrobu (HKV), těžba materiálů pro ušlechtilou kamenickou výrobu (UKV).

V první skupině se těží bloky, které se zpracovávají většinou na místě na hrubé kamenické výrobky jako např. lomový kámen, dlažební kostky, silniční krajníky, chodníkové obrubníky, hakly, sokly. Zpracovávají se horniny odpovídající pevnosti s využitím vhodné blokovitosti, štěpnosti a opracovatelnosti.

Do druhé skupiny patří těžba bloků určených k dalšímu náročnějšímu zpracování na ušlechtilé kamenické výrobky označované jako dekorační materiály, kde z technologického hlediska horniny musí být dobře opracovatelné, leštitelné, či požadovaných barevností.

33

Technologie dobývání bloků je závislá na vlastnostech těženého materiálu, jako např. na úložních poměrech, na vrtatelnosti, štěpnosti a vrstevnatosti horniny aj. Z hlediska těžebních technologií použitelných v surovinových podmínkách ČR se rozlišuje bloková těžba v tvrdých materiálech (žuly, granodiority, diority, gabra, syenity - viz obr. 32) a v měkkých horninách (mramory, travertiny, pískovce aj. - obr. 33). Jednotlivé druhy hornin vytvářejí specifické podmínky výlomu a ovlivňují i možnost nasazení odpovídajícího těžebního zařízení při požadovaném objemu těžby. Báňsko-technické podmínky dobývání ovlivňují koncepci efektivní těžby bloků jako např. provedení otvírky a skrývkových prací v dostatečném rozsahu, vytváření etáží a těžebních stupňů. Výšky etáží v lomech pro hrubou kamenickou výrobu se pohybují od 5 do 10 m a pro těžbu dekoračních materiálů od 2 do 6 metrů.

Těžební metody lze rozdělit do dvou základních skupin, které vycházejí ze způsobu rozpojování dle funkce pracovních nástrojů a zařízení: lámáním, resp. vylamováním pomocí klínování, trhacích prací a speciálních zařízení, řezáním, resp. vyřezáváním údernými vrubovými stroji, odvrtáváním lanovými,

řetězovými nebo kotoučovými pilami, termickým řezáním a pod.

Pneumatická klínovací kladiva se používají pro dělení kamenných bloků s použitím klínů, kde pracovním nástrojem je špičák a dláto.

Pneumatická vrtací kladiva jsou používána pro vrtání otvorů, které jsou při těžbě bloků nejvýznačnějším článkem technologií dobývání. Pro odstranění namáhavé fyzické práce se při vrtání větších průměrů vrtů používají vrtací podpěry, případně vrtací sloupy nebo vrtací agregáty.

Odvrtávací agregáty a vrtné soupravy

Odvrtávací agregáty slouží k odvrtání otvorů tzv. „perforováním“ pro vytváření drážky a vytvoření souvislého řezu. Takto lze dosáhnout nejkvalitnějších vyhraněných bloků jak v materiálech měkkých, tak i v horninách tvrdých (obr. 34).

Tam, kde se pro těžební záměr nedosáhne potřebných parametrů, jsou k těžbě používány lehké lomové vrtací soupravy, a to zejména v případech uvolňování velkých bloků z masivu.

Vyřezávací stroje se používají pro vyřezání surovinových bloků z měkkých materiálů přímo z těžební stěny. Zavedením těchto strojů došlo k zvyšování kvality těžby bloků, snižování nákladů a zvýšení výtěžnosti. Podle konstrukce a provedení je dělíme na:

lanové pily, řetězové pily, kamenořezné stroje, pneumatické dělící stroje.

Těžba lanovými pilami s volným brusivem (obr. 36) se realizuje tzv. nekonečným lanem o celkové délce cca 600 až 800 m, usměrňované do řezu vodícími kotouči a poháněné hnacím ústrojím. Lano je mechanicky přitlačováno do řezu, kde se soustavně přivádí směs křemičitého písku s vodou, čímž je možno řezat horizontálně i vertikálně skalní masiv o délce až 50 m do hloubky 6 m. Tyto stroje i přes určitou koncepční zaostalost jsou ještě dosti rozšířeny a používány.

34

Těžba lanovými diamantovými (segmentovými) pilami (obr. 37) se v současnosti pro své velké přednosti stále více využívá pro řezání jak primární (tj. bloků z masivu), tak i pro sekundární rozpojování již vytěžených bloků. Vlastním řezacím nástrojem je lano o délce až 20 m, na kterém jsou v malých roztečích upevněné řezací diamantové segmenty. Takto lze vytvářet řezy vertikální i horizontální jak v horninovém masivu, tak i sekundárně dělit monolity a vyhraňovat bloky. Maximální rozměry řezu jsou limitovány délkou lana (max. 60 m) a výkonnost je až 10 krát vyšší než u tradičních lanových pil.

Těžba řetězovými pilami (obr. 38) se provádí u dobývání bloků z měkkých materiálů (jako např. některých druhů mramorů, travertinů, kříd, tufů aj.) zejména při nasazení v kompaktních materiálech bez puklin. Jejich hlavním pracovním orgánem je rameno, opatřené oběžným řetězem a řezacími destičkami ze slinutých karbidů. Celý agregát se pohybuje po vodících kolejnicích a lze jim řezat blok jak vertikálním, tak i horizontálním řezem do hloubky max. 3 m o šířce průřezu 20 až 80 mm.

Těžba kamenořeznými stroji (obr. 39) je prováděna zařízeními, kde hlavním rozpojovacím orgánem je kotoučová pila osázena zuby ze slinutých karbidů. Stroj pojíždí po vodících kolejnicích a odřezává svislým řezem bloky o výšce závislé dle průměru kotouče. V kompaktních měkkých materiálech se používá v současnosti velmi produktivní technologie vyřezávání bloků velkokotoučovými pilami (o průměru kotouče až 3,5 m).

Těžba propalovacími soupravami (obr. 40) se používá zejména u všech druhů žul a syenitů. Pracují na principu narušování povrchu hornin plamenem, způsobené vnitřním pnutím, které vzniká různou tepelnou objemovou roztažností silikátových minerálů hlavně křemene. V praxi se využívají dva základní principy termického řezání a to systém, který pracuje s palivem, kyslíkem a vodou nebo se stlačeným vzduchem a palivem (benzín). Termickým zařízením se poměrně snadno uvolňují celé tzv. lavice - tj. vrstvy kamene s rovným a čistým řezem. Nevýhodou tohoto způsobu je náročná obsluha zařízení a vysoká hlučnost.

Těžba vylamovánímPři blokové těžbě se v současnosti uplatňuje mechanizace vylamování a rozlamování

bloků technologií hydraulického rozpojování hydraulickými klíny. Princip tohoto zařízení je založen na působení dlouhého jazykového klínu, který je vtlačován mezi dvě půlkruhová pera v předvrtaném otvoru rozpojovaného kamene. Trhací síla dosahuje až 140 kN a způsobí rozlomení bloku během 10 až 20 sekund. Příklad rozpojování hydraulickými Darda klíny je na obr. 35.

Další speciální metodou vylamování bloků je použití rozpínavé směsi maltovin a cementu, která využívá rozpustnosti a krystalického tlaku směsi (u nás se používá směs Cevamit). Po rozmísení s vodou a zaplněním vrtů směs zvětší svůj objem tak, že vyvolá na stěnách vrtů tlakové napětí 30 až 40 MPa a rozpojení materiálu nastane v průběhu 6 - 24 hodin při okolní teplotě od -5o do +50oC.

Manipulace a technologická doprava bloků se řídí především technologií dobývání, druhem a velikostí vytěženého kamene, plošnou rozlohou a polohou lomu a pod. Manipulace s bloky se rozumí zdvihání, nakládání a dopravu z místa těžby na meziskládku nebo přímo do kamenického provozu na zpracování.

35

Při těžbě a manipulaci bloků se používají lanové jeřáby s pevnými nebo pojízdnými věžemi, jeřáby výložníkové otočné (deriky - obr. 41) nebo mobilní (kolové). Pro vodorovnou dopravu bloků se používá terénních nákladních automobilů nebo speciálních vozidel se zesílenou korbou a sníženou ložnou plochou ev. trajlerů.

7.2.1.5 Dobývání vazkých, rypných a lehce rozpojitelných soudržných surovin

Do této skupiny soudržných, avšak lehce rozpojitelných surovin lze zařadit horniny a zeminy a jejich přechodné typy, které se vzájemně liší svými technickými vlastnostmi. V podmínkách ČR jde především o těžbu stavebních materiálů ve stěnových i jámových hliništích, jílovištích a podobných lomech.

Těžba cihlářských surovin je realizována v hliništích, kde se těží v ČR nejrůznější druhy jílů, hlín, spraší, slínů apod. s roční kapacitou okolo 3,5 mil. tun. Mocnost ložisek se pohybuje podle druhu suroviny až do 30 metrů a těžba se uskutečňuje v jednom až ve třech i více řezech. Pro těžbu se v našich podmínkách stále používá menších korečkových rypadel s frontálním způsobem postupu řezu (hloubkovým nebo výškovým řezem). V poslední době se uplatňují i lopatová rypadla nebo skrejpry.

Těžba kaolínů je prováděna v malých až středně velkých lomech převážně hydraulickými lopatovými rypadly, výjimečně malými kompaktními kolesovými rypadly. Ložiska kaolínů o mocnosti od několika metrů po více desítek metrů jsou soustředěna v západních Čechách v oblasti Plzeňska (Horní Bříza, Kaznějov), Karlovarska a jižní Moravy.

Těžba sklářských a slévárenských písků se uskutečňuje na ložiscích o proměnlivé mocnosti od několika metrů až do 100 metrů ve většině případů lopatovými rypadly s roční těžbou v ČR okolo 1,0 mil. tun. Na některých ložiskách je nutná i trhací práce (zpevněné váté písky).

Těžba bentonitů je realizována na lokalitách na Mostecku a Sokolovsku o celkové mocnosti ložiska až do 25 metrů ve třech i více těžebních řezech lopatovými rypadly s celkovou roční těžbou do 100 tis. m3.

Těžba jílů a jílovců (lupků) je uskutečňována v jámových lomech nebo hliništích o mocnosti ložiska od 15 do 40 metrů lopatovými rypadly nebo malými korečkovými rypadly o celkové roční těžební kapacitě v ČR cca 1,5 mil. tun. Příklad těžby těchto materiálů je na obr. 42.7.3 Dobývání nesoudržných nerudných surovin

K nesoudržným surovinám řadíme především ložiska písků, štěrků, štěrkopísků a pískoštěrků. Volba technologie těžby je ovlivněna zejména úrovní spodní vody, polohou, velikostí, tvarem, mocností a životností ložiska, skrývkovými poměry, rozpojitelností a zrnitostního složení těžené suroviny.

Před zahájením těžby užitkové suroviny je nutno provést odtěžení skrývkových materiálů, včetně štěrků nebo písků s vysokým obsahem jílů. Mocnost odklizu bývá od desítek centimetrů do několika metrů.

36

Rozhodující faktor pro určení technologie těžby je úroveň spodní vody, podle kterého rozlišujeme: těžbu suchou cestou, těžbu z vody.

Podle polohy ložiska a konfigurace terénu je možno realizovat těžbu v lokalitách stěnových, jámových a stěnových s jámovým prohlubováním. K těmto typům těžeben je možno přiřadit plochu s možností těžby na řekách a mořích (v šelfových oblastech).

Těžba štěrkopísků je vázána převážně na ložiska tvořená štěrkopískovými terasami, a to především v povodí větších řek. Jejich kvalita a množství zásob jsou dány vývojem a stářím teras a typem sedimentace, z hlediska technologického pak petrografickým a zrnitostním složením a podílem nevhodných příměsí. Pro náročnější stavební účely, z větší části vyhovují až po úpravě suroviny, jako např. odjílováním, praním, tříděním, drcením.

Zařazení ložisek štěrkopísků a písků do jednotlivých skupin ložisek plyne z jejich vzniku (jde o sedimenty říční, jezerní, mořské, váté, svahové s řadou vzájemných přechodných typů). Průmyslově těžitelná ložiska jsou na středním a dolním toku Labe, v soutokové oblasti Labe a Vltavy a na dolním toku Vltavy, v povodí Jizery, Ohře, Lužnice a Nežárky. Na Moravě se těží ložiska v povodí Moravy, Bečvy, Dyje a Odry. Významná jsou také ložiska písků a štěrkopísků glaciofluviálního původu v severních Čechách a na Opavsku a Ostravsku.

7.3.1 Těžba štěrkopísků a písků suchou cestou

Těžba štěrkopísků a písků suchou cestou je charakteristická při dobývání ložisek ve stěnových lokalitách ložisek vátých písků nebo „ledovcového“ typu s poměrně malou mocností nad hladinou spodní vody, kde jsou provedené otvírky v jednom, ve dvou nebo i více řezech. Výšky jednotlivých etáží jsou stanoveny dle stabilitních podmínek a technických parametrů těžebních strojů.

Pro těžbu štěrkopísků se většinou používají univerzální lanová nebo hydraulická lopatová rypadla, kolové lopatové nakladače (obr.43) a v menší míře i kolesová rypadla (obr. 44).

7.3.2 Těžba štěrkopísků z vody

Těžba štěrkopísků z vody nabyla v posledních letech značného významu, neboť ložiska zasahují často pod hladinu spodní vody a jen úplné vytěžení ložisek umožňuje hospodárný provoz a je z celospolečenského hlediska účelné. Byly proto vyvinuty systémy a způsoby hospodárné těžby ze středních a velkých hloubek. V lokalitách ČR je asi 70 % vytěženého štěrkopísku realizováno těžbou z vody.

Těžbu štěrkopísků z vody provádíme dvěma způsoby: těžebními stroji umístěnými na břehu,

37

plovoucími rypadly.

7.3.2.1 Těžba štěrkopísků z vody těžebními stroji umístěnými na břehu

Technologie těžby nesoudržných materiálů (zejména stěrkopísků) z vody rypadly, která jsou umístěna na břehu, se používá jen v těžebních lokalitách s nižší hladinou spodní vody a jde-li o ložiska s malou životností. S výhodou se zavádí tam, kde jde o nesystematickou těžbu přechodného charakteru s poměrně malými požadovanými výkony. Většinou jde o neprůmyslovou těžbu štěrkopísků jako např. čištění a prohlubování menších nebo i větších vodních toků pro udržení jejich splavnosti.

Přehled užívaných strojů: všechny typy lopatových rypadel mechanických a hydraulických s hloubkovou lopatou

(obr. 45), rypadlo s vlečným korečkem (obr. 46), rypadlo s drápkovým zařízením, korečkové rypadlo na housenicovém (obr.47) nebo kolejovém podvozku, škrabák s protikladkou (obr. 48), výložníkový škrabák (obr. 49).

7.3.2.2 Těžba štěrkopísků z vody plovoucími rypadly

Těžba plovoucími korečkovými rypadly

Plovoucími korečkovými rypadly (obr. 50) je možno těžit materiál z vody i kontinuálně. Předností těchto strojů je univerzálnost, schopnost těžit hrubé i jemné štěrkopísky s přesným dodržením těžební hloubky a rovnosti dna. Mohou pracovat na moři, řekách i uzavřených vodních plochách. Těžební hloubka závisí na délce lafety a bývá v našich podmínkách pro těžbu z řek a uzavřených vodních ploch do 15 m s výkonností okolo 500 m3.h-1. V zahraničí, hlavně při těžbě v přímořských oblastech, se těží z hloubek až 35 m s maximální výkonností až 1 000 m3.h-1.

Pohyb rypadla v prostoru těžby je zajištěn systémem ukotvených lan kotvami nebo bočním pohybem rypadla (pokosem). Jednotlivé korečky rozpojují a nabírají materiál, vynášejí ho nad hladinu a vysypávají přes turas do násypky.

Podle provedení lodní konstrukce, těžebního zařízení a strojního vybavení lze rozdělit plovoucí korečková rypadla na vnitrozemská (v uzavřených vodních plochách a řekách) a námořní, na vlečná a samohybná. Podle způsobu pohonu pak na rypadla s elektropohonem a se vznětovým motorem. Při těžbě štěrkopísku se v ČR používají především stroje s pohonem agregátů elektromotory.

Podle způsobu dopravy vytěžené suroviny se používají rypadla s výsypy, resp. s nakládkou do člunů nebo na plovoucí dopravní pásy.

Nejdůležitějším pracovním orgánem je těžební zařízení, které se skládá z článkového řetězu (z korečků a článků), obíhajícího po nosné lafetě (korečkovém vodiči). Při přechodu spodního turasu se korečky naplňují a v horní poloze, při přechodu přes horní turas se

38

vyprazdňují nad násypkou. Z násypky se vytěžený materiál dopravuje krátkými dopravními pásy nebo skluzy buď do nákladních člunů nebo na plovoucí dopravníky.

Těžební zařízení se skládá z lafety příhradové nebo plovákové konstrukce, která je kyvně uložena na nosné části zadní věže. Na spodní části lafety je upevněn závěs pro lana zvedacího vrátku, kterým se spouští nebo zvedá podle pracovní polohy.

Korečky jsou svařované uzavřené nádoby a jejich řezné hrany jsou opatřeny rozrušovacími zuby, ev. výměnným ostřím z otěruvzdorné oceli. Aby se korečky řádně odvodnily, jsou perforovány.

Těžba plovoucími drapákovými rypadly

Plovoucí drapáková rypadla jsou stroje s cyklickou těžbou štěrkopísků z vody ze středních a velkých hloubek. V ČR se uplatňují při těžbě na uzavřených vodních plochách, kde dotěžují na plnou mocnost po plovoucích korečkových rypadlech až do maximálních hloubek okolo 40 m pod vodní hladinou. V zahraničí dosahují tyto stroje extrémních těžebních hloubek až 120 m. Podle konstrukce a provedení mohou těžit i v plné stěně bez předtěžení jinými rýpadly.

Hlavním pracovním prvkem je těžební drapák, opatřený rozrušovacími zuby pro rozrušení a vytěžení i menších jílových vložek, vyskytujících se v ložisku. K činnosti vlastního drapáku pro jeho pracovní cyklus, tj. spouštění, nabírání, zvedání, otvírání a zavírání je konstruováno kombinované zvedací zařízení, ovládané automaticky.

Plovoucí drapáková rypadla jsou konstruována pouze jako vlečná, bez možnosti vlastního pohybu. Pohyb po vodní ploše je prováděn pomocí kotev, lan a navijáků. Drapáková rypadla jsou plně elektrifikována a elektrická energie je přiváděna ze břehu kabelem o napětí 6 kV a přímo na těžebním stroji je transformováno na 3 x 380 V.

Podle charakteru konstrukce se vyrábějí plovoucí drapáková rypadla: se sklopným výložníkem, s otočným výložníkem, s pojízdnou drapákovou kočkou - mostová.

Drapáková plovoucí rypadla se sklopným výložníkem (obr. 51a) těží středovým otvorem mezi plováky s odvodňovacím zařízením nebo bez něj. Toto rypadlo se skládá z plováků, sklopného výložníku, drapákového ústrojí, násypky, někdy vybavené odvodňovacím třídičem. Objem drapáku u tohoto typu bývá od 1 m3 do 3,2 m3 .

Rypadlo s otočným výložníkem (obr. 51b) se používá pro malé a střední těžební hloubky. Výhodou jeho konstrukce je snadné manévrování s výložníkem, který je otočný o 360o a umožňuje těžbu z vody i z malých hloubek, před plováky na každou stranu.

Plovoucí drapáková rypadla s pojízdnou drapákovou kočkou (obr. 51c) jsou konstruována pro těžbu středovým otvorem, s vyložením před přídí nebo mezi dvěma plováky. Jsou stavěna pro velké výkony, s drapáky o objemu až 8 m3, proto mají robustnější provedení. Hlavními částmi jsou jeřábová dráha s podpěrami, plováky, pojízdná jeřábová dráha, násypný rošt a popř. odvodňovací zařízení. Mohou těžit i z větších hloubek.

39

Pro dosažení vysokých výkonů u těžby z extrémních hloubek jsou v zahraničí konstruována plovoucí drapáková rypadla s dvěma drapáky, která pracují střídavě nakládáním do jedné násypky.

Těžba plovoucími lopatovými rypadly

Základním znakem plovoucích lopatových rypadel (obr. 52) je přerušovaný pracovní cyklus, který se skládá z rozpojení a nabírání materiálu pod vodou, zdvižení nad hladinu a vysypání těžené suroviny do dopravního zařízení. Tyto stroje se používají pro těžbu z vody hlavně tam, kde nelze těžit jinými zařízeními. Pro své malé rozměry a charakter práce potřebují menší prostor, což je výhodné při těžbě v místech se značným plavebním provozem, jako např. při prohlubování přístavů a plavebních kanálů. Výhodné je jejich použití při dobývání soudržnějších materiálů, kde je zapotřebí větších rypných sil nebo kde se těží velké kusy materiálu. Nevýhodný je však jejich omezený dosah, a tím i malá hloubka těžby. V zahraničí se vyrábějí plovoucí hydraulická lopatová rypadla se speciálně prodlouženým výložníkem a dosahem až 25 m pod hladinu, s objemem lopaty až 15 m3 a s výkonností 600 m3.h-1. Plovoucí lopatová rypadla se konstruují výhradně jako vlečná.

Posun rypadla v těžbě umožňuje systém kotvicích lan s pracovními kotvami a palubními vrátky. Při záběru lopaty vznikají značné klopné momenty, proto je rypadlo vybaveno piloty, které zabezpečují potřebnou stabilitu.

Těžba plovoucími sacími rypadly

Plovoucí sací rypadla (obr. 53) se používají hlavně tam, kde je v těžebním ložisku štěrkopísek, který se volně sesypává do těžebního kužele. Základním pracovním prvkem je těžební odstředivé čerpadlo, které pod vodní hladinou nasává a vytlačuje směs vody a štěrkopísku z těžby na břeh nebo na plovoucí dopravní zařízení. U lehkého a méně rozpojitelného štěrkopísku je nutno vybavit rypadlo na sacím ústí hydraulickým nebo mechanickým rozrušovačem. V sací části potrubí je rypadlo vybaveno tzv. lapačem kamene, který zachycuje větší kusy materiálu a jiné nežádoucí předměty (větve, kovové části aj.), aby se zamezilo ucpání čerpadla a potrubí. Sacím rypadlem je možno těžit do hloubky 15 až 20 m.

Plovoucí sací rypadla se pohybují podle způsobu technologie těžení, která je v zásadě vrátková nebo pilotová. Těžba pomocí vrátkového zařízení umožňuje podélný nebo vějířovitý pohyb, pilotový kráčející mechanizmus jen vějířovitý pohyb.

Potrubí se skládá z vlastního potrubí na rypadle a plovoucího potrubí na plovácích. Je ocelové, spojené spojkami a v místě ohybu kulovými klouby.

Vzdálenost hydraulické dopravy je určena charakteristikou těžebního čerpadla, koncentrací směsi apod. a bývá až 2 km. V ČR je tato těžba provozována jen na několika lokalitách pro nedostatek ložisek s vhodnou surovinou. Slouží jen k čištění a hloubení řečišť, rybníků a plavebních kanálů.

7.3.3 Technologická doprava nesoudržných hornin

40

Systémy technologické dopravy zajišťuje transport vytěžené horniny od těžebního stroje do místa úpravy v podmínkách suché těžby a těžby z vody. Při volbě druhu dopravy se přihlíží ke způsobu otvírky a technologii těžby, k vlastnostem dopravované suroviny, dopravovaného množství, dopravní vzdálenosti, životnosti ložiska apod.

Při těžbě suchou cestou lze uplatnit cyklickou automobilní nebo kontinuální pasovou dopravu. Při těžbě z vody plovoucími rypadly je používaná doprava lodní, plovoucími dopravníky a hydrotransport.

Lodní doprava je nejpoužívanějším druhem dopravy na našich štěrkopískovnách, kde se využívá nákladních člunů s pevným dnem, samovýsypných a samovykládacích. S ohledem na způsob pohonu mohou být čluny s vlastním pohonem nebo bez pohonu (jsou dopravovány remorkérem tlačným nebo tažným).

Doprava čluny s pevným dnem (obr. 54 ) se používá pro dopravu suroviny na větší vzdálenosti, zejména na řekách či mořských šelfech od místa těžby do přístavu (musí se však vyprazdňovat cyklickými vyklápěči nebo korečkovými elevátory - viz obr. 58).

Doprava samovýsypnými čluny (obr. 55) se s výhodou používá při těžbě štěrkopísků na uzavřených vodních plochách, kde je možné vytvoření tzv. vodní skládky v přístavu, do níž se surovina ve velmi krátkém čase vysype. Další výhoda mimo zkrácení dopravního cyklu je proprání zajílované suroviny (předúprava). Nevýhodou je nutná elevace a doprava suroviny ze skládky na břeh k úpravě.

Doprava samovykládacími čluny (obr. 56) je vhodná pro dopravu již roztříděných frakcí (při použití plovoucí úpravny). Součástí člunu je vynášecí dopravník, který je umístěn pod násypnými přepravnými prostory. Nevýhodou je poměrně dlouhá doba vyprazdňování a nutné vybavení přístavu.

Způsob remorkáže je závislá na vybavení nákladních člunů a je v současnosti provozními tlačnými remorkéry (umožňuje spolehlivé a bezpečné spojení s člunem při dobré manévrovatelnosti).

Doprava plovoucími dopravníky (obr. 57) se používá k transportu vytěžené suroviny od plovoucího rypadla přímo na břeh k terénním dopravníkům na úpravnu. Plovoucí dopravníková trasa sestává z několika samostatných krátkých dopravníkových sekcí kloubově spojených, kde je nutné dosáhnout nejkratší dopravní vzdálenosti (dodržováním vhodného technologického těžebního postupu).

Doprava hydrotransportem se s výhodou používá ve spojení s plovoucím sacím rypadlem, kde se využívá vytěžené směsi a kontinuity dopravy. Nevýhoda je ve větší energetické náročnosti, značnému opotřebení potrubí v závislosti na vzdálenosti dopravy (maximálně do 600 metrů).

Přehled dobývacích a dopravních zařízení pro těžbu nesoudržných surovin je zřejmý z obr. 59.

8. ZÁKLADY ÚPRAVY TĚŽENÝCH NEROSTNÝCH STAVEBNÍCH SUROVIN

41

8.1 Základní pojmy

Úkolem úpravy užitkových nerostů, jakými jsou zejména stavební suroviny, je oddělit jejich užitečné složky od škodlivých příměsí a získat tak produkt s nejvyšším obsahem užitkových podílů vhodných pro následné zpracování.

V případě úpravy stavebních surovin na kamenivo, která je výchozím materiálem veškeré stavební činnosti průmyslové výstavby, dopravního, pozemního a podzemního stavitelství je nutné získat výrobek specifických užitných vlastností, předepsaných ČSN-ISO.

Pro technologické řešení úpravy kameniva jsou rozhodující fyzikální, mechanické a technologické vlastnosti zpracovávané horniny a požadovaný sortiment výroby. Lze rozlišovat vlastnosti ovlivnitelné úpravnickým procesem (jako např. zrnitostní skladba, ostrost třídění, odplavitelné částice, činorodé a hlinité částice, tvarová hodnota a pod.) a vlastnosti nezměnitelné úpravnickým procesem (např. mineralogické, petrografické a chemické složení užitkového nerostu, drtitelnost, trvanlivost, nasákavost, mrazuvzdornost a pod.).

Rozdělení kameniva: přírodní, umělé.

Přírodní kamenivo se rozděluje na: těžené, vzniklé přirozeným erozivním rozpadem hornin (štěrkopísky a písky), drcené, vyrobené ze stavebního kamene jeho úpravou, tj. drcením.

Umělé kamenivo je vyráběno buď drcením, případně mletím odpadních hmot (např. vysokopecní struska, škvára, cihlářské a keramické materiály a pod.) nebo přímo z vhodných hmot (např. agloporyt, keramzit aj.).

Podle velikosti zrn je kamenivo rozděleno na kamenivo drobné (těžené i drcené se zrny 0-4 mm), hrubé (těžené i drcené se zrny 4-125 mm), štěrkopísek (přírodní směs těženého kameniva drobného i hrubého) a frakce (směs zrn kameniva).

Kamenivo dle objemové hmotnosti se dělí na hutné (objemová hmotnost 1,8 t.m-3 a větší) a pórovité (objemová hmotnost menší než 1,8 t.m-3).

8.2 Základní procesy při úpravě kameniva

Technologický způsob úpravy kameniva dělíme na způsob: suchý - probíhá v prostředí přirozené vlhkosti zpracované suroviny mokrý - hlavní spolupůsobící komponent je technologická voda.

Oba způsoby úpravy mají základní společné výrobní operace jako je odhliňování, drcení, třídění, mezioperační doprava, skladování kameniva a konečně expedice.

U technologie úpravy mokrým způsobem se odhliňování provádí praním nebo intenzivním sprchováním třídících ploch a proto při něm dochází k doplňkové operaci a to k separaci a odvodňování vzniklých kalů a kameniva. Mokrý proces úpravy kameniva se

42

uplatňuje tam, kde se v těženém ložisku vyskytuje větší množství hlinitých a jílovitých příměsí. Účinnějším způsobem je použití praní kameniva v rotačních, bubnových, šnekových nebo vibračních pračkách. Takto se upravuje také přírodní těžené kamenivo při těžbě z vody a v některých případech i při výrobě drceného kameniva v kamenolomech.

Základními operacemi při úpravě stavebních nerostných surovin jsou: zdrobňování, třídění, mletí, rozdružování.

8.2.1 Zdrobňovací proces

Zdrobňovací proces je základním procesem úpravy kameniva, kde se mechanickým rozpojováním zmenšují zrna vytěžené suroviny působením tlaku nebo úderu. Rozhodujícím faktorem pro konečnou jakost produktu je stupeň zdrobnění, kde podle fyzikálně mechanických vlastností horniny (zejména tvarem zrn, otlukem a požadovaného výrobního sortimentu kameniva) volíme technologii úpravy s jednostupňovým, dvoustupňovým nebo třístupňovým zdrobňováním.

Primárním drcením se upravuje vytěžená surovina na vstupní zrnitost, kterou vyžaduje další stupeň drcení. Sekundární drcení zdrobňuje kamenivo po předchozím drcení na zrnitost, která se co nejdříve blíží cílovému sortimentu frakcí bez ohledu na jakost (s výjimkou štěrku). Terciérní drcení upravuje surovou zrnitost na drtě určitých jakostních parametrů.

Zdrobňovací stroje

Při zdrobňovacím procesu se uplatňují následující zdrobňovací stroje. Ty lze rozdělit do tří základních skupin: drtiče tlakové , kde působí dvě protisměrné síly, drcení mezi dvěma čelistmi s hladkým

nebo rýhovaným povrchem (čelisťové, kuželové, válcové), drtiče dynamické , kde působí pohybová energie na zrno v prostoru rázem (odrazové,

kladivové, metací), drtící na principu roztírání , kde působí tlak dvou zpravidla hladkých ploch protisměrným

pohybem v kolmém směru jejich působení (např. kolové či tyčové mlýny).

Velikost zdrobňovacího stroje je dána rozměrem vstupního otvoru, od kterého je odvozena maximální velikost kusu naváženého kamene určeného pro drcení.

8.2.1.1 Tlakové drtiče

Tlakové drtiče dělíme na drtiče: čelisťové, kuželové, válcové.

Čelisťové drtiče jsou zařízením pro drcení středně tvrdých až tvrdých materiálů tlakem, případně přelamováním dvěma čelistmi, z nichž jedna je obvykle pohyblivá a druhá pevná. Podle iniciace pohybu se dělí drtiče na jednovzpěrné a dvouzpěrné. Jednovzpěrné drtiče (obr. 60) jsou nejvíce používané při výrobě kameniva a vyznačují se tím, že jejich

43

kyvadlo je zavěšené přímo na výstředníkovém hřídeli a hnacím mechanizmem jsou dva velmi hmotné setrvačníky. Dvouvzpěrné drtiče se vyznačují hnacím mechanizmem, kde pevná čelist a boční klíny jsou usazeny v loži drtiče a pohyblivá čelist na kyvadle, které je na své dolní části uváděno do kývacího pohybu přední a zadní vzpěrnou deskou. Drtící čelisti jsou vyráběny s rozdílným tvarem povrchu (většinou rýhovaně) z manganové oceli.

Drtiče kuželové jsou stroje, které se uplatňují při všech druzích drcení od primárního po terciální drcení a pro všechny druhy drtitelných hmot. V zásadě jsou dva základní typy a to drtiče s podepřeným kuželem a se zavěšeným kuželem (kužel koná kruhový pohyb, kterým přitlačuje drcený materiál postupně na vnější drtící plášť, připevněný k tělesu drtiče. Drtiče s podepřeným kuželem (tzv. tupoúhlé - obr. 61) jsou v ČR nejpoužívanější. Drtící kužel je výstředně vloženým rotujícím tělesem a umožňuje drcení s poměrně vysokými otáčkami (vysoké výkonnosti i účinnosti). Drtiče se zavěšeným kuželem (tzv. ostroúhlé) jsou v současnosti uplatňovány i jako drtiče primární. Velikost výstupní štěrbiny se zde mění vertikálním posunem drtícího kužele.

Drtiče válcové se používají pro střední a jemné drcení i velmi pevných, ale ne příliš obtížně drtitelných materiálů, kde materiál se drtí mezi dvěma protisměrně se otáčejícími válci, které mají povrch hladký, profilový nebo se zuby (výstupky). Vyrábějí se i drtiče víceválcové se třemi nebo až pěti válci.

8.2.1.2 Dynamické drtiče

Dynamické drtiče jsou stroje, v nichž se větší zrna rozpadají na menší tím, že prudce naráží na masivní předmět nebo tato zrna narážejí vzájemně do sebe (zdrojem rozpadu zrn není tlak, ale náraz. Dělí se na drtiče kladivové, odrazové, metací.

Kladivové drtiče (obr. 62) jsou stavěny na principu zdrobňování prudkými údery kladiv na rychle se otáčejícím rotoru (počet kladiv v jednotlivých řadách závisí na délce rotoru).

Odrazové drtiče (obr. 63) pracují pomocí vodorovně uloženým jedním nebo dvěma hřídeli s rotorem. Na rotoru jsou připevněny drtící lišty, které vlivem rychlého otáčení rotoru naráží do drceného materiálu a vrhají jej na odrazovou desku.

Metací drtiče (obr. 64) zdrobňují horninu výhradně dopadem zrn vrhaných změnou rychlostí na pevný obvodový plášť drtiče. Materiál určený k drcení je přiváděn na střed metacího kotouče s radiálními lopatkami tvořenými tzv. kapsami vyplněnými drceným materiálem.

8.2.2 Mlecí proces

Mlecí proces je dalším úpravárenským procesem, ve kterém se užitkový nerost zdrobňuje mletím. Zařízení, které proces provádí se nazývají mlýny.

Mlýny jsou zařízení, která zdrobňují horninu roztíráním pro speciální účely při výrobě kameniva nebo např. keramických jemných podílů a práškových hmot v suchém stavu nebo

44

ve formě kalu (zmenšováním velikosti zrna pod mez 1,25 mm). Vyrábí se mlýny bubnové, trubnaté, kuželové, vibrační, tyčové, kolové, kotoučové a pod.

V procesu mletí se provádí i mikromletí surovin, jejichž výsledkem jsou prachové suroviny sloužící jako nejrůznější plnidla, pojiva, atd.

8.2.3 Proces třídění

Tříděním obecně charakterizujeme mechanický, hydraulický nebo pneumatický proces, při kterém jsou jednotlivá zrna suroviny od sebe oddělována podle jejich velikosti, resp. i podle tvaru. Při třídění na sítech jde o podíl zrn, který sítem propadne (tj. propad) - podsítný podíl (podsítné) a dále o podíl všech zrn, která sítem nepropadne - nadsítný podíl (nadsítné). Pohyby zrna jsou při třídícím procesu velmi rozmanité a to zejména v závislosti na druhu třídícího zařízení, kde jde převážně o nadhazování, převalování a současný postup zrn na sítové ploše.

Zařízení pro třídění lze rozdělit na rošty (pevné a pohyblivé), třídiče rotační (válcové, kuželové a hranolové), plošné (nátřasné, vibrační a rezonanční), vodní (protiproudé aj.), vzduchové a pod.

Pevné rošty nemají pohyblivé součásti a jsou tvořeny roštnicemi, jejichž štěrbina udává jeden rozměr tříděného zrna a se sklonem pod určitým úhlem, aby se materiál samostatně pohyboval (nejčastěji sklon od 25 do 45o).

Pohyblivé rošty se uplatňuji častěji (méně se ucpávají) a používají se zejména jako podavače.

Rotační třídiče patří mezi zařízení se stejnoměrným pohybem síta a podle tvaru se dělí na válcové, kuželové a hranolové.

Nejvíce používané jsou plošné třídiče, které využívají účinné části plochého síta a dělí se na natřasné, vibrační a rezonanční.

Nátřasné třídiče pracují s podkritickým počtem kmitů a mohou být uspořádány s jedním nebo více síty v zavěšené nebo podepřené konstrukci.

Vibrační třídiče (obr. 65) pracují s nadkritickým počtem kmitů (s frekvencí 700 až 3000 kmitů za minutu, s amplitudou 2 až 6 mm).

Rezonanční třídiče mají počet kmitů, odpovídající vlastní frekvenci kmitavého systému (uspořádání sít je podobné jako u třídičů nátřasných).

Plošné třídiče jsou využívané i pro tzv. mokré třídění (z důvodů zvýšení výkonnosti třídění i pro možnost praní suroviny a odplavování nečistot).

Vodní třídiče využívají pro oddělování zrn konečných pádových rychlostí ve vodním prostředí. Podle vlastní konstrukce oddělování zrn v nich probíhá buď jejich klesání z horizontálního proudu kalu nebo proti proudu, kdy větší částice jsou brzděny proti proudící vodě a jemnější částice jsou zase vynášeny vodním proudem směrem vzhůru a přepadávají

45

přes okraj třídiče. Podstatné zlepšení procesu třídění je možno použitím vodních cyklónových třídičů, kde se využívá odstředivé síly působící na jemné částečky kalu.

Vzduchové třídiče se používají k oddělení jemných prachových částic v suchém prostředí.

8.2.4 Rozdružovací proces

Rozdružování je proces, kde se produkt odděluje zejména podle jeho fyzikálních, chemických a jiných vlastností. Účelem rozdružování je oddělení čistého užitkového nerostu s maximálním obsahem užitné složky z vytěžené základní suroviny od balastních složek, resp. příměsí (tyto však nemusí být jen nežádoucími složkami užitkového nerostu, mohou obsahovat i látky pro další zpracování). Rozdružování se realizuje zejména způsobem gravitačním, elektromagnetickým, v těžkých kapalinách a pod.

Rozdružování gravitační úpravou je založeno na principu různých pádových rychlostí zrn různé měrné hmotnosti v kapalině, kde se používá zejména pro nerudné suroviny rozdružovacích žlabů a splavů. Rozdružování v těžkých suspenzích je ve srovnání s předešlými postupy výkonnější než gravitační. Magnetické rozdružování se používá v úpravě silikátových surovin (při obsahu určitého množství železa, resp. některých jeho sloučenin).

V poslední době se s úspěchem používá způsob rozdružování flotací (zejména pro úpravu např. keramických surovin).

8.2.5 Zahušťování, odvodňování, filtrace, sušení

Při procesu úpravy sypkých nerostných surovin (štěrkopísků, písků aj.) v mokrém prostředí se zvyšuje jejich původní obsah vody, což zpravidla zatěžuje další jejich zpracování a proto je nutné ji odstranit.

Odstranění vody je možno realizovat zásadně dvěma způsoby: zahuštěním, odvodněním a filtrací (mechanicky), sušením (s použitím tepelné energie).

Zahuštění se využívá zejména při snižování obsahu vody ve rmutech nebo kalech, kde získáváme zahuštěný produkt, který je zbaven určitého nežádoucího množství vody a vyčeřenou složku, tj. vodu s podílem nejjemnějších částeček. Je to pochod (mezičlánek) k dalšímu technologickému procesu k dehydraci. Hranice mezi zahušťováním a odvodňováním není zcela vymezena - při zahušťování se může získat produkt s obsahem vody až 30 % jejího původního obsahu. Většinou se využívá princip působení gravitační síly, jež vyvolává rozdílné sedimentační rychlosti nestejně velkých nebo těžkých zrn.

Odvodňování (dehydrace) je proces snižování obsahu kapalin, který se realizuje buď mechanicky nebo sušením za účelem snazšího skladování surovin, meziproduktů i odpadů z mokrého procesu úpravy. Odvodňování je ovlivněno zrnitostí a fyzikálně-chemickými vlastnostmi suroviny a provádí se na odvodňovacích sítech, zásobnících (při skladování) a

46

účinněji a rychleji v odstředivkách. Dehydrátor pro odvodnění štěrkopísků je znázorněn na obr. 66.

Filtrace je technologická operace oddělující tekutiny (vody) od tuhých, v ní rozptýlených částic pomocí tkanin nebo jiných porézních hmot. Na průběh filtrace má vliv, mimo velikosti pórů na filtru, také i velikosti částic, které se na filtru usazují. Používané zařízení pro filtraci jsou filtry podtlakové (vakuové) a přetlakové (kalolisy - nejvíce používané např. v keramickém průmyslu a pod.).

Sušení se používá tam, kde již nelze dostatečně mechanicky odvodnit jemnozrnné koncentráty. Způsobů termického sušení je mnoho a jejich určení se řídí podle zpracované suroviny a podle požadavků na obsah vody ve vysoušeném produktu (např. keramické hlíny, kaolín a pod.).

Rozplavování se používá např. při úpravě kaolínů, bentonitů a jiných surovin, kde se vytěžené hrudky či kusovitá surovina rozplavuje v bubnových rozplavovačích.

Zkusovění je umělé zvětšení zrnitosti, které se provádí zejména stlačováním a spékáním drobnozrnných a prachových materiálů. Podle způsobu se dělí zkusovění na aglomerování neboli spékání, peletizaci a briketování. Při aglomeraci se stmelují částice suroviny účinkem tepla, u peletizace (skládá se ze dvou operací - sbalování a zpevňování) se sbalování provádí v peletizačních bubnech nebo pánvích a vzniklé sbalky (kuličky slepené z jednotlivých zrn) se zpevňují vypalováním (uplatňuje se např. při výrobě cementu a j.). Při briketování dochází ke stmelení drobných zrn nerostů působením tlaku lisu, ev. i za přidání přísad při stanovených teplotách briketovaných surovin.

9. BEZPEČNOST A OCHRANA ZDRAVÍ PŘI PRÁCI V   LOMOVÝCH PROVOZECH

Bezpečnost a ochrana zdraví při práci je jedním ze stěžejních úkolů při hornické činnosti čí činnosti prováděné hornickým způsobem.Vedení organizace musí zajistit bezpečnost lidí, vlastního provozu i provozního zařízení. Mezi hlavní úkoly bezpečnosti patří: ochrana pracovníků proti úrazům - zahrnuje všechna opatření směřující k bezpečnému

výkonu práce a ochraně zdraví při práci vycházeje z bezpečnostních předpisů (vyhláška ČBÚ č. 26/1989 Sb. o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a při činnosti prováděné hornickým způsobem na povrchu) a hygienických předpisů, vč. následných novel,

ochrana vlastního provozu , do níž zahrnujeme dozor, obsluhu, údržbu a opravy provozních a technických zařízení.

Za dodržování bezpečnostních předpisů odpovídá vedoucí organizace, resp. závodní lomu a další níže postavení hospodářští pracovníci dle svého funkčního a pracovního zařazení.

Vrchní dozor nad dodržováním zákona čj. 44/1988 Sb., ve znění novely čj. 439/1992 Sb. o ochraně a využití nerostného bohatství a předpisů vydaných na jeho základě, vykonává Český báňský úřad (ČBÚ) a jemu podřízené obvodní báňské úřady (OBÚ) - obecně státní báňská správa (SBS).

47

Podle dohody ČBÚ a Českého úřadu bezpečnosti práce (ČÚBP) a jeho inspektorátů bezpečnosti práce (IBP), státní odborný dozor nad bezpečností práce a technických zařízení a nad dodržováním stanovených pracovních podmínek, vykonává u organizací provádějících hornickou činnost a činnost prováděnou hornickým způsobem jen SBS. Pouze v objektech nevýrobní povahy a v objektech ve výstavbě nebo demolicích, i když se nalézají v areálu organizací podléhající dozoru SBS - tam dozor vykonává příslušný IBP ČÚBP.

Každý nový pracovník musí být seznámen prokazatelně s bezpečnostními předpisy, provozními řády a technologickými postupy pracoviště, na kterém bude vykonávat svou pracovní činnost, být seznámen s útěkovými cestami, požárními předpisy pracoviště při úvodním zaškolení. Každý úraz ev. choroba z povolání znamená nežádoucí krátkodobé či dlouhodobé vyřazení pracovníka z pracovní činnosti. Úrazovost je ovlivňována zejména zhoršováním úložně geologickými podmínkami, klimatickými podmínkami (vysoké či nízké teploty, mlhy, aj.), zvyšováním počtu nových, často méně kvalifikovaných pracovníků a nedisciplinovaností, resp. rutinérstvím pracovníků, ev. i neochotou pracovat bezpečným způsobem.

Analýzy úrazovosti ukázaly, že zhruba 20 % chyb způsobuje nevědomost, 10 % neschopnost pracovníků a neuvěřitelných 70 % neochota podřízení se předpisům a nařízením. Každý úraz, i když z něj nevznikla absence, musí být nahlášen nadřízenému pracovníkovi.

Přehled rizikových činitelů ovlivňujících bezpečnost a hygienu práce na lomech: plynné škodliviny v ovzduší (trhací práce) prach v ovzduší mikroklimatická zátěž (tepelná zátěž, vlhkost při těžbě z vody, aj.) hluk a vibrace obsluha a údržba strojů doprava a manipulace s materiálem vady energetických rozvodů (hl. elektr. proud a jeho instalace) vady osvětlení pracovišť úroveň pracovních prostředků a ochranných pomůcek nepříznivé fyzikálně-mechanické vlastnosti hornin a zemin (pád hornin, skluzy zemin,

trhliny v horninách) rizika spojená s trhacími pracemi zápary, ohně a požáry, aj.

Organizace podléhající Hornímu zákonu jsou povinny sestavit plán na likvidaci závažných nehod a havárií. Havárií (provozní nehodou) označujeme každou událost, kterou byly vážně ohroženy životy a zdraví osob nebo provoz, nebo kterou byla způsobena škoda na majetku. Takový plán se nazývá havarijní plán. Za závažnou nehodu lze na lomech považovat například požár, výbuch, sesuvy zemin, průsaky vod, havárie strojního zařízení apod.

Havarijní plán se sestává z pohotovostní a operativní části. V pohotovostní části jsou uvedeny osoby a instituce, které musí být o nehodě zpraveny. Operativní část obsahuje předvídatelné druhy havárií té které lokality, možnosti záchrany lidí a likvidace havárií. Součástí havarijního plánu jsou: základní mapová dokumentace, požární plán zpracovaný dle příslušných předpisů a traumatologický plán zpracovaný za účasti závodního lékaře (plán první pomoci). S havarijním plánem musí být seznámeni všichni pracovníci v míře jejich odpovědnosti. Havarijní plán se musí průběžně dle změn doplňovat a zpřesňovat.

48

10. ZAHLAZENÍ LOMOVÉ ČINNOSTI PO TĚŽBĚ UŽITKOVÝCH NEROSTŮ

Každá lidská společnost ovlivňuje prostředí. Negativní účinky se znásobují především v průmyslových aglomeracích a v místech s intenzivním využíváním přírody, kam zahrnujeme i těžbu nerostných surovin. Lomová těžba užitkových surovin narušuje a devastuje původní reliéf území, mění vodní režim a zhoršuje čistotu ovzduší a životní prostředí ve svém okolí. Těžba nerostných surovin ovlivňuje nejen přírodní složky krajiny, ale také obytný prostor, dopravní systémy, vodoteče, prostor pro využívání volného času, atp. Je ovlivňována biosféra, což je prostředí, v němž se vyskytují živé organizmy. Biosféru lze rozdělit na živé a neživé přírodní složky - na biotop a ekotop.

10.1. Těžba a životní prostředí

Těžbou užitkových nerostů je ovlivněna litosféra, atmosféra, hydrosféra a pedosféra.

Litosféra je zevní zemský obal tvořený horninami sahající až do hloubky 1 200 km. V této sféře vnímáme proměnu krajiny nejvíce a nejcitlivěji. Dochází tu k vytváření velkých jizev v krajině lomovými jamami a k hromadění hornin a zemin z odklizových hmot na

49

výsypkách či odvalech. Ty mohou podléhat i silnému procesu dalších tvarových změn při možných svahových sesuvech a zavalit pole, vodoteče, cesty, obytná stavení, atd.

Všechny změny v litosféře se odrážejí v atmosféře. Změny jsou závažnější na uhelných velkolomech v Podkrušnohoří. Na malých lomech je ovlivnění atmosféry minimální a má mikroregionální charakter. Lomy a výsypky či odvaly jsou vystaveny silnějšímu slunečnímu záření a vyšší je i vstup sluneční energie do půdy. Ekologicky je závažné přehřívání přízemních vrstev vzduchu na jižní straně výsypek a odvalů - vysoko stoupají jejich denní teploty a zároveň i teploty horních vrstev půdy. U hlubších lomů, které jsou hůře provětrávatelné a specifické, klimatické podmínky v okolí mohou být příčinou místních inverzních stavů. Na atmosféru působí také prach při těžbě, dopravě, úpravě a zakládání hmot.

Těžbou je narušován samotný vodní režim, ovlivňovány jsou i vodní toky v blízkosti lomů i kvalita jejich vod. Lomy jsou jakýmsi trychtýřem, do kterého se stahuje voda z širokého okolí.

Voda nateklá do lomu se musí čerpat, aby lom nezaplavila. Do vody se dostávají nejrůznější minerálie rozpuštěné ve vodě, které mohou vodu okyselit, voda se stává tvrdou a většinou obsahuje i část nerozpuštěných látek. Všechna voda, která se nalézá v lomu, až po výpust do místního recipientu se nazývá důlní vodou. Tu musíme upravovat před jejím vypuštěním v čističkách důlních vod (horní zákon, zákon o vodách, o životním prostředí).

Zatímco u předchozích sfér šlo o jejich narušení, může u pedosféry (půda a půdotvorné složky) dojít až k jejímu úplnému zničení. Půda je základním ekologickým činitelem, tvořeným milióny let, je nezbytným pro vyvážený koloběh látek a energií.

K narušení půdy dochází např. vysoušením těžených ploch, zamokřením v okolí výsypek aj. K úplné destrukci dochází při záborech pro těžbu, stavbě výsypek a nezbytných provozních zařízení. Škodám nelze úplně zabránit, ale dají se omezit. Ze zákona jsme povinni orniční vrstvu, příp. podorničí selektivně odtěžit, aby tyto hmoty mohly po založení sloužit pro následnou rekultivaci devastovaných ploch.

10.2. Sanace a rekultivace území po těžbě

Proces rekultivace (rehabilitace, revitalizace) porušeného krajinného prostředí zahrnuje celý komplex báňsko-technických, melioračních, zemědělských, lesnických, a inženýrsko-stavebních prací, jejichž cílem je obnova úrodnosti půdního fondu a funkce krajiny na plochách, kde již skončila hornická činnost. Vytvářejí se nová pole, lesní úseky, vodní nádrže, rekreační oblasti, sportoviště, případně se předmětný prostor bude využívat pro záměry výstavby, ev. využívat jako skládkovací prostor pro ukládání průmyslových a komunálních odpadů.

Rekultivační práce lze rozdělit na dvě etapy: etapa báňsko-technické rekultivace, etapa rekultivace ekotechnické.

Báňsko-technická rekultivace zahrnuje opatření prováděná těžebními organizacemi či specializovanými organizacemi již v průběhu odtěžování ložiska nebo bezprostředně po ní na

50

vhodných plochách uvolněných pro rekultivaci. Cílem těchto opatření je tvorba podmínek, které budou odpovídat budoucímu využívání těchto ploch po jejich obnově (tvorba výsypek či odvalů - stanovení tvaru, max. výšek, generálních svahů).

Sanační a rekultivační práce musí být zakotveny projekčně již ve stádiu zpracování Plánu otvírky, přípravy a dobývání (POPD), resp. u nevýhradních ložisek v Plánu využívání ložiska a rozhodně v Plánu likvidace (vyhláška ČBÚ čj. 242/1993 Sb.). Půjde v rozhodné míře např. o urbanizaci při stavbě vnější výsypky či odvalu, hospodaření s ornicí a půdními substráty vhodných pro rekultivaci, deponie, apod. Každá těžební organizace musí pro tyto činnosti si vyčlenit prostředky ve fondu sanace a rekultivace ve smyslu zákonů a vyhlášek.

Etapa báňsko-technické rekultivacePři vlastní tvorbě výsypek a odvalů volíme takovou technologii zakládání sypaniny, aby

se minimalizovalo množství prací spojených se zemními pracemi.

Výsypku či odval vytváříme tak, aby byl max. využit prostor pro jejich stavbu při minimalizaci plošného podílu svahových částí. Výsypku či odval stavíme na únosném podloží, zajišťujícím trvalou stabilitu výsypkového tělesa. Při stavbě dbáme na skutečnost, aby v základních vrstvách tělesa výsypky byly materiály zaručující trvalou stabilitu a podložka byla řádně odvodněna.

Etapa ekotechnickáEtapa se dělí na skupinu technických a biotechnických rekultivací. Technická

rekultivace v sobě zahrnuje terénní úpravy, návoz rekultivací schopných zemin a ornice v mocnosti 0,5 - 1 m, technické úpravy svahů, základní půdní meliorace, odvodnění svahů, výstavbu komunikací nutných pro budoucí obhospodařování rekultivovaných ploch a výstavbu provozních staveb. Pro případ hydrické rekultivace jsou součástí technických rekultivací také odvodňovací stavby, výstavba toků a vodní nádrže, protierozivní opatření a stabilizační opatření.

Biologická etapa navazuje úzce na technickou rekultivaci. Může se jednat o rekultivaci zemědělskou, lesnickou či speciálně sadařskou či někde i vinařskou.

U zemědělské rekultivace je třeba rozlišovat zeminy pro zemědělské použití vhodné a nevhodné, nebo-li s překryvem či bez překryvu. V prvém případě je možno rekultivovat biologicky přímým zásahem, zatímco v druhém případě je nutno nevhodné zeminy překrýt ornicí nebo jinou snadno kultivovanou zeminou. Je třeba volit rekultivační osevní postup volbou vhodných plodin při organickém i minerálním hnojení počínaje jetelovinami, travinami, směskami, luskovinami na zelené hnojení přes obilniny a okopaniny. Biologický rekultivační cyklus trvá podle stanoviště 5 - 8 let do plné průměrné úrodnosti oblasti.

Předností lesnických rekultivací je, že jsou pracovně jednodušší. Jsou menší nároky na urovnanost terénu, mohou se použít i méně vhodné zeminy bez převrstvení. Budoucí lesní porost se kromě produkce dřevní hmoty uplatňuje v účinku vodohospodářském, půdoochranném, rekreačním apod. Je třeba si uvědomit, že lesy jsou plícemi krajiny. V lokalitách, které jsou v blízkosti sídelních jednotek, může se lesnická rekultivace provést i ve formě lesoparků, stejně jako v její kombinaci při rekultivaci hydrickým způsobem.

51

Lesnická rekultivace se často kombinuje i s rekultivaci zemědělskou. Rovinné plošiny výsypek a odvalů (do úklonu 10o pro možnost použití zemědělské mechanizace) jsou rekultivovány zemědělsky (pastvinářsky) a svahy výsypky či odvalu zrekultivovány lesnicky. Lesnickou rekultivací jsou převážně upraveny svažité a členité terény po těžbě ve stěnových lomech výsadbou dřevin na plošinách etáží a upravených pat těchto plošin.

Významným typem rekultivací jsou i rekultivace hydrické. Tyto se provádějí většinou na těžebnách, kde se těžil užitkový nerost „mokrou cestou“, tj. z vody (štěrky, písky aj.). Části břehů se rekultivují vytvořením pláží v kombinaci s výsadbou dřevin (lesoparky) k účelům rekreačním, sportovním a oddychovým, hlavně v blízkosti větších sídel.

Hydrickou rekultivací se sanují a rekultivují některé jámové či stěnojámové kamenolomy, v nichž se předpokládá ustálená hladina vody. Musí být však zachována výměna vody a přítok musí být tak velký, aby zajišťoval odtok vody a přirozený odpar. Takto rekultivované lomy mohou po úpravě příbřežní části (pláž, vstup do jezera) být taktéž areály oddychu a sportovního využití. Musí být ale vyřešena bezpečnost přístupu a pohyb v takovémto areálu.

Všechny typy rekultivačních prací v jednotlivých etapách jejich uskutečňování se řídí Plány sanací a rekultivací a detailní úpravy řeší projekty.

Cílem rekultivačních postupů je dosáhnout zlepšení vlastností nevyvinutých půdních substrátů - antropogenních půd, aby se co nejdříve a co možná nejblíže svým charakterem přiblížily původním půdám narušeného mikroregionu. Rekultivacemi se snažíme vrátit život v nově vytvořené ekologicky vyrovnané zdravotně nezávadné, esteticky a rekreačně hodnotné a ekologicky potenciální krajině, tj. krajině s vhodným životním prostředím.

O B S A H str.

1. Předmluva a úvod ....................................................................................….2. Historie českého hornictví a jeho školství ...................................................2.1 Historie

hornické činnosti v českých zemích ............................................... 2.2 Historie

odborného školství v českých zemích vázající se k hornické činnosti .....................................................................................

3. Zdroje nerostných surovin v České republice .............................................3.1 Rudná

ložiska ............................................................................................3.2 Uhelná

ložiska ...........................................................................................3.3 Nerudné

suroviny ......................................................................................4. Základy hornické geologie ..........................................................................4.1 Rozdělení

hornin .......................................................................................4.1.1 Vyvřelé

horniny ....................................................................................…

52

4.1.2 Usazené horniny ...................................................................................…

4.1.2.1 Klasické sedimenty .............................................................................…

4.1.2.2 Přehled sedimentů chemického a organického původu ..........................…

4.1.2.3 Prostředí vzniku sedimentů a facie ......................................................….

4.1.3 Metamorfované horniny .........................................................................…

4.2 Základní pojmy strukturní geologie ........................................................…

4.2.1 Primární struktury sedimentů .................................................................…

4.2.2 Základy startigrafie, vrstevní sled, souvrství, druhotné struktury .............…

4.3 Geologická dokumentace ......................................................................…5. Základní pojmy lomařství a otvírkové práce na lomech .......................…5.1 Vybrané

pojmy hornického názvosloví pro lomařství ............................…5.2 Nástin

otvírkových prací na lomech ......................................................…5.2.1 Otvírka

zářezy ......................................................................................…5.2.2 Otvírka bez

zářezu ...............................................................................…5.3 Výsypkové

hospodářství lomu .................................................................6. Základní pojmy z mechaniky hornin a zemin ........................................… 6.1 Fyzikální a

mechanické vlastnosti hornin a zemin ..................................….6.1.1 Fyzikální

vlastnosti hornin a zemin ........................................................…6.1.2

Mechanické vlastnosti hornin a zemin .....................................................…6.1.3 Popisné

technologické vlastnosti hornin ..................................................…6.2 Svahové

pohyby hornin a stabilita svahů .................................................…6.2.1 Svahové pohyby hornin ............................................................................6.2.2 Stabilita svahů .......................................................................................... 7. Lomové dobývání soudržných a nesoudržných ložisek stavebních

nerostných surovin ......................................................................................7.1

Charakteristika a rozdělení dobývaných nerudných surovin ....................…7.2 Dobývání

soudržných ložisek ................................................................... 7.2.1 Hromadná

těžba skalních hornin ...........................................................…

53

7.2.1.1 Vrtací práce v kamenolomech ............................................................…

7.2.1.2 Trhací práce v kamenolomech ............................................................…

7.2.1.3 Proces rozpojování, nakládání a dopravy skalních hornin

pro drcené kamenivo ..........................................................................…7.2.1.4 Dobývání

bloků kamene pro HKV a UKV ..........................................…

7.2.1.5 Dobývání vazkých, rypných a lehce rozpojitelných

soudržných surovin ..............................................................................…7.3 Dobývání nesoudržných nerudných surovin ............................................…7.3.1 Těžba

štěrkopísků a písků suchou cestou .............................................….7.3.2 Těžba

štěrkopísků z vody ......................................................................... 7.3.2.1 Těžba

štěrkopísků z vody těžebními stroji umístěnými na břehu ..........…7.3.2.2 Těžba

štěrkopísků z vody plovoucími rypadly ........................................7.3.3 Technologická doprava nesoudržných hornin ..........................................…8. Základy úpravy těžených nerostných stavebních surovin ......................…8.1 Základní pojmy ............................................................................................8.2 Základní procesy při úpravě kameniva .......................................................…8.2.1 Zdrobňovací proces ..................................................................................8.2.1.1 Tlakové

drtiče ........................................................................................ 8.2.1.2 Dynamické

drtiče ...................................................................................8.2.2 Mlecí proces .............................................................................................8.2.3 Proces třídění ............................................................................................8.2.4 Rozdružovací proces .................................................................................8.2.5 Zahušťování, odvodňování ........................................................................9. Bezpečnost a ochrana zdraví při práci v lomových provozech ............…

10. Zahlazení lomové činnosti po těžbě užitkových nerostů .......................…10.1. Těžba a životní prostředí ……………………………………………………10.2. Sanace a rekultivace území po těžbě ………………………………………..

54