Технология подземных горных работ

    Различие  классификаций также обусловлено особенностями технологии и способа разработки.

    Элементы  залегания пластовых месторождений  являются более или менее выдержанными. Для рудных тел они изменяются, как правило, в широких пределах.

1.3.  Понятие о запасах  и потерях полезных  ископаемых при  разработке

    Количество  полезного ископаемого, заключенное  в недрах его месторождения, называется запасами (т, м³).

    Общие запасы месторождения или его части называются геологическими. По значению в народном хозяйстве они подразделяются на балансовые и забалансовые. Следовательно,

     = + ,    (1.1)

    Балансовые  запасы — разведанные и изученные запасы, использование которых экономически целесообразно и которые должны удовлетворять требованиям, устанавливаемым для подсчета запасов в недрах данного месторождения.

    Забалансовые  запасы — разведанные и изученные  запасы, использование которых экономически нецелесообразно при современном уровне техники и технологии добычи (малое количество, малая мощность, высокая зольность, сложность залегания и пр.).

    Балансовые  запасы подразделяются на промышленные и потери, т.е.

     = + .        (1.2)

    Промышленные  запасы — часть балансовых запасов, подлежащая извлечению и выдаче на поверхность. Отношение промышленных запасов к балансовым называют коэффициентом извлечения С. Следовательно,

    С = / .    (1.3)

    Потери  — часть балансовых запасов, остающаяся в недрах при их разработке. Отношение  потерь к балансовым запасам называют коэффициентом, т.е.

     = /  .    (1.4)

    Вполне  очевидно, что С + = 1.

    Избежать  потерь полезного ископаемого при  разработке практически невозможно. Их величина зависит от экономических, геологических и технических факторов. Основными из них являются: мощность и угол падения, наличие охраняемых объектов на поверхности месторождения, сложность залегания, применяемая техника и технология добычи и др. Осуществление мероприятий по снижению потерь нередко связано с дополнительными затратами, что влечет за собой удорожание добычи.

    Фактический уровень потерь для различных  месторождений колеблется в широких пределах. Например, на угольных месторождениях с пологими и наклонными пластами средней мощности потери достигают 10—15 %, с мощными крутонаклонными и крутыми — 25—30 % и более.

    1.4. Стадии разработки месторождений

    Добыча  твердых полезных ископаемых подземным  способом осуществляется в три стадии: вскрытие, подготовка и очистные работы. В совокупности эти стадии называют разработкой полезных ископаемых.

    Вскрытием называют проведение горных выработок, обеспечивающих доступ с поверхности земли к залежи полезного ископаемого. Выработки, проводимые на этой стадии, называют вскрывающими. На каждой действующей шахте должно быть не менее двух выходов на поверхность (требование параграфа 76 Правил безопасности в угольных шахтах), приспособленных для передвижения (перевозки) людей. Поэтому шахта должна иметь не менее двух вскрывающих выработок с непосредственным выходом на земную поверхность. Сеть вскрывающих выработок должна обеспечивать надежную транспортную связь между угольными пластами и поверхностью, подачу в шахту свежей, и выход на поверхность исходящей струи воздуха, удаление шахтных вод и подачу электро- и пневмоэнергии к работающим машинам.

    Вскрывающими  выработками являются стволы, штольни, квершлаги, слепые стволы, гезенки и шурфы.

    После того как месторождение вскрыто, приступают к подготовке пластов к очистным работам. Под подготовкой понимают проведение комплекса горных выработок, обеспечивающих возможность начала очистных работ. В отличие от вскрытия вторая стадия разработки — подготовка осуществляется весь период отработки запасов угля в шахтном поле, поскольку выемку пластов ведут последовательно в отдельных их частях. Различают подготовленные и готовые к выемке запасы. Подготовленными называются такие запасы, для отработки которых проведены основные подготавливающие выработки (пластовые или полевые штреки, бремсберги, уклоны, скаты), готовыми к выемке — запасы, для отработки которых проведены необходимые подготовительно-нарезные выработки (ярусные или подэтажные штреки и разрезные печи) и подготовлено оборудование, позволяющее начать очистные работы. Таким образом, задачей подготовки является своевременное обеспечение шахты фронтом очистных работ.

    Сеть  подготавливающих выработок должна обеспечить доставку полезного ископаемого до горизонтальных откаточных выработок, транспортирование материалов и оборудования, пропуск необходимого количества воздуха для проветривания очистных забоев.

    Очистные  работы являются третьей, основной стадией разработки месторождения полезного ископаемого. Период ведения очистных работ на шахте называют эксплуатацией месторождения. Технология и механизация очистных работ в значительной мере оказывают влияние на эффективность разработки месторождения.

    Вскрытие, подготовка и очистная выемка, обусловливающие транспортирование полезного ископаемого от очистного забоя до поверхности, проветривание горных выработок, включая поверхностный комплекс, формируют технологическую схему шахты.

1.5.  Производственная мощность и срок службы шахты

    Производственная  мощность и срок службы являются основными количественными характеристиками, определяющими тип шахты. Производственная мощность шахты предопределяет не только количественные параметры всего технологического комплекса, но и основные технико-экономические показатели работы шахты.

    Производственной  мощностью шахты называется количество полезного ископаемого в тоннах, добываемого в единицу времени (сутки, гор). Различают проектную и фактическую производственную мощность шахты.

    Срок  службы (существования) шахты равен  периоду, в течение которого отрабатываются промышленные запасы угля в пределах шахтного поля.

    Между промышленными запасами , годовой производственной мощностью шахты и сроком ее службы существует следующая зависимость:

= × .                                           (1.5)

    При правильной конфигурации шахтного поля промышленные запасы угля в шахтном поле определяются по формуле

     ,      (1.6)

где  S — размер шахтного поля по простиранию, м;

Н—размер  шахтного поля по падению, м;

SR — суммарная производительность рабочих пластов в шахтном поле, т/м²;

 — общий коэффициент извлечения  угля в шахтном поле.

    Суммарная производительность пластов в шахтном  поле равна

    SR = m ₁g₁ + m₂ g₂ + …+ ,          (1.7)

где    — мощности рабочих пластов в шахтном поле, м;

      — плотность угля соответствующих пластов, т/м³.

    Определение производственной мощности шахты является одной из важнейших задач при ее проектировании. Окончательно рекомендуется принимать типовое значение производственной мощности шахты из следующего ряда: 0,9; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,5; 6,0 млн.т в год.

    Расчетный срок службы шахты мощностью более 1,8 млн.т в год рекомендуется принимать не менее 50—60 лет.

    Полный  срок службы шахты  будет несколько больше расчетного за счет времени освоения проектной мощности и ее затухания к концу отработки запасов:

     = + ,     (1.8)

 где  — срок освоения проектной мощности шахты (принимается в зависимости от мощности равным 2—3 годам);

 — срок затухания добычи к концу отработки запасов (принимается также равным 2—3 годам).

    Между годовой  и суточной мощностями шахты существует следующая зависимость:

     = 300 ,        (1.9)

    где 300 — число рабочих дней шахты в году.

    Для обеспечения установленной производственной мощности шахты необходимо иметь соответствующую линию очистных забоев, под которой понимают суммарную длину всех очистных забоев на шахте.

    Следовательно, число очистных забоев , обеспечивающих заданную мощность, можно определить по формуле

     = ,    (1.10)

где    — суммарная длина очистных забоев по шахте, м;

     — длина очистного забоя, м.

    Вполне  очевидно, что число действующих  очистных забоев по шахте не может  быть дробным. Поэтому окончательно принимают целое число забоев.

    Для обеспечения стабильной добычи угля по шахте рекомендуется кроме действующих иметь резервные и резервно-действующие очистные забои. Резервно-действующие забои работают неполное число рабочих смен в сутки. Они предназначены для восполнения потерь добычи угля из действующих забоев при простое последних.

    1.6.  Шахтное поле и  деление его на  части

    Шахтным полем называется часть угольного  месторождения, отводимая для разработки одной шахте (рис. 1.7). Параметрами шахтного поля являются размеры по простиранию S и падению Н. Шахтное поле, имеет границы по восстанию, падению и простиранию.

    Границы шахтного поля могут быть фиксированными и условными.

    Форма шахтных полей может быть различной  и зависит от горно-геологических  условий залегания угольных пластов. При выдержанных элементах залегания угольных пластов, к которым относятся угол падения и направление простирания, и отсутствии геологических нарушений шахтное поле имеет прямоугольную форму, наиболее удобную для разработки. В других случаях шахтное поле принимает форму, соответствующую форме залегания месторождения или его части.

    При составлении планов шахтное поле с пологими пластами изображают, как правило, в проекции на горизонтальную плоскость, с крутыми — на вертикальную плоскость. Отдельные участки шахтного поля изображают в плоскости пласта. 

                

    Рисунок 1.7 - Шахтное поле: АБ — граница по восстанию; ВГ — Граница по падению; АВ, БГ— границы по простиранию

    Размеры полей угольных шахт колеблются в  широких пределах. На пологих пластах они составляют 3—10 км по простиранию и до 2—3 км по падению. При наличии в шахтном поле мощных крутых пластов — 3—4 км по простиранию и до 0,5—0,7км по падению.

    Поскольку поля современных шахт имеют значительные размеры, как по простиранию, так и по падению, то отработка их осуществляется частями в определенной последовательности. Этим обеспечивается концентрация очистных и подготовительных работ.

    В целях удобства и обеспечения  системного характера отработки шахтное поле разделяют на транспортные горизонты, выемочные ступени, крылья, этажи, панели, блоки, выемочные поля, столбы и полосы.

    Прежде  всего, шахтное поле по падению разделяют  горизонтальными плоскостями на транспортные горизонты. Транспортные горизонты — это комплекс вскрывающих и подготавливающих выработок и выработок околоствольного двора, располагаемых на одном уровне и служащих для транспортирования угля к стволу (штольне), а также материалов и оборудования от ствола (штольни). Нередко в условиях пологого падения шахта имеет один транспортный горизонт. В этом случае он делит шахтное поле на две части (выемочные ступени) — бремсберговую и уклонную, в пределах которых уголь поступает на транспортный горизонт соответственно сверху вниз или снизу вверх. При наличии нескольких транспортных горизонтов каждый из них может иметь ствол, бремсберговую и уклонную части. В этом случае часть шахтного поля, заключенная между двумя соседними транспортными горизонтами, может являться уклонной для верхнего и бремсберговой для нижнего.