Технология подземных горных работ

    Выемочная ступень — часть шахтного поля, ограниченная по простиранию границами шахтного поля, а по падению смежными транспортными горизонтами или границей шахтного поля и транспортным горизонтом. Высота ступени по вертикали равна разности отметок смежных транспортных горизонтов. На пологих и наклонных пластах наклонную высоту ступени (бремсберговой или уклонной части) принимают равной 1000—1200 м и более.

    По  простиранию шахтное поле делят  на крылья. Крыло — часть шахтного поля, расположенная по одну сторону от главного ствола или какой-либо другой вскрывающей выработки. Шахтные поля бывают двукрылые и однокрылые. Если главный ствол расположен в центре шахтного поля по простиранию, то такое шахтное поле является двукрылым. Наиболее распространены двукрылые шахтные поля, так как в этом случае при прочих равных условиях снижаются затраты на транспорт полезного ископаемого, поддержание горных выработок и проветривание. Как правило, угольные пласты в крыльях разрабатывают одновременно. Однокрылые шахтные поля обусловлены особым рельефом поверхности или наличием наземных объектов, исключающих возможность заложения главного ствола посередине шахтного поля. Часть пласта (шахтопласта) в пределах выемочной ступени делят на этажи или панели.

    Шахтопласт — часть пласта как обширной залежи полезного ископаемого в пределах шахтного поля.

    Этаж (рис. 1.8,а)  — часть шахтопласта, вытянутая по простиранию и ограниченная по падению и восстанию этажными откаточным и вентиляционным штреками. Расстояние между верхней и нижней границами этажа по падению называется наклонной высотой этажа, расстояние по вертикали — вертикальной высотой этажа. Следовательно,

    где    — наклонная высота этажа, м;

      — вертикальная высота  этажа, м;

     a — угол падения пласта, град.

    При пологом и наклонном залегании пластов в одной выемочной ступени может размещаться несколько этажей; при крутонаклонном и крутом залегании каждый этаж является выемочной ступенью.

    Отличительным признаком этажа на пологих наклонных  пластах является наличие капитального бремсберга (уклона) и этажных штреков, проводимых от этого бремсберга (уклона). Деление на этажи применяют при углах падения более 10°, а на крутых и крутонаклонных пластах —только на этажи.

    При значительной наклонной высоте этажа, когда в пределах его по падению предполагается иметь несколько очистных забоев, он может быть разделен подэтажными (промежуточными) штреками на подэтажи. В этом случае возникает необходимость проведения участковых бремсбергов (уклонов) или скатов в зависимости от угла падения пластов. Следовательно, возникает необходимость деления этажа по простиранию на более мелкие части — выемочные поля.

      Выемочное поле — часть этажа по простиранию, в пределах которой разработка пласта осуществляется на один участковый бремсберг, уклон, скат или промежуточный квершлаг. Если очистные забои располагаются с обеих сторон от наклонной участковой выработки, то такое выемочное поле называют двусторонним (двукрылым), если с одной стороны — то односторонним (однокрылым). Размер выемочного поля по простиранию равен 400—600 м.

    На  пологих и частично наклонных  до 20—25° пластах выемочную ступень по простиранию делят на панели (рис. 1.8,б). Панель — часть шахтопласта, ограниченная по падению границей шахтного поля и транспортным горизонтом или двумя смежными транспортными горизонтами, а по простиранию — границей шахтного поля и условной границей с другой панелью или двумя такими границами. 

    Рисунок 1.8 - Деление шахтного поля на части: 1 — воздухоподающий ствол; 2 — вентиляционный ствол; 3 — главный откаточный штрек; 4 — бремсберг с ходком; 5 — капитальный уклон с ходком; о — панельный бремсберг с ходками; 7 —панельный уклон с ходками

    Каждая  панель обслуживается самостоятельными транспортными и вспомогательными наклонными выработками. Эти выработки называют панельными. Один транспортный горизонт, как правило, обслуживает несколько панелей. Если уголь в пределах панели транспортируют сверху вниз, то такая панель называется бремсберговой, если снизу вверх — уклонной. Бремсберги и уклоны соответственно называют панельными. Каждая панель представляет собой выемочное поле. По аналогии с выемочным полем панель может быть двукрылой (двусторонней) и однокрылой (односторонней). Размер двусторонней панели по простиранию составляет 1500—2000 м и имеет тенденцию к увеличению.

    Панели  делят по падению на более мелкие части — ярусы. Ярус — одновременно разрабатываемая часть панели. Он ограничен по простиранию границами панели, а по падению ярусными конвейерным и вентиляционным штреками. Иногда ярус делят на подъярусы.

    Деление на панели применяют при больших  размерах шахтного поля по простиранию и большой производственной мощности шахты.

    При делении шахтного поля на зтажи и  панели очистные забои, как правило, располагаются по падению, а перемещаются по простиранию пласта.

    На  пластах с углами падения до 10—12°  и значительным расстоянием по падению между транспортными горизонтами выемочные ступени делят на столбы, вытянутые по падению или восстанию (рис. 1.8,в). В этом случае очистной забой располагается по простиранию, а перемещается по падению или восстанию пласта.

    При значительных размерах по простиранию (8—10 км) и большой производственной мощности, когда не обеспечивается проветривание через один воздухоподающий  ствол, шахтное поле по простиранию  делят на блоки (рис. 1.8,г). Блок — часть шахтного поля, имеющая сеть воздухопроводящих выработок, обеспечивающую независимое проветривание. Она характеризуется самостоятельным комплексом горных работ. На пологих и наклонных пластах каждый блок имеет воздухоподающий и вентиляционные стволы, используемые для самостоятельного секционного проветривания своих выработок и вспомогательных транспортных операций. Таких блоков в пределах шахтного поля может быть несколько. Шахта, построенная по такому принципу, имеет общий главный ствол, по которому осуществляется выдача угля на поверхность. Все блоки шахтного поля имеют один общий транспортный горизонт. Размер блока по простиранию равен 3—4 км. На пологих пластах в пределах блока могут быть размещены одна или две панели. Характерным представителем является шахта «Распадская».

    При групповой подготовке, применяемой  при разработке мощных крутых пластов, блоком считают свиту пластов  в пределах части этажа, ограниченную смежными промежуточными квершлагами, проводимыми с полевого штрека.

1.7. Порядок отработки  частей шахтного  поля

    Отработка этажей в шахтном поле и ярусов в панели может осуществляться как  в нисходящем (сверху вниз), так и  в восходящем (снизу вверх) порядке. В основном распространен нисходящий порядок отработки, особенно на шахтах с высокой газоносностью. В отдельных случаях при согласовании с органами госгортехнадзора применяют восходящий порядок отработки, например при большом водопритоке и на негазовых шахтах.

    Этажи в шахтном поле или ярусы в  панели можно отрабатывать прямым или обратным ходом. Рассмотрим простейший случай, когда в пределах яруса или этажа размещается один очистной забой (рис. 1.9): варианты лава-этаж или лава-ярус.

    Если  отработка ведется в направлении  от ствола к границам шахтного поля по простиранию, то это прямой порядок (ход), в противоположном направлении — обратный. При обратном порядке отработки должны быть предварительно пройдены все подготовительные выработки.

    Рисунок 1.9 - Схемы прямого (а) и обратного (б) порядка отработки крыла шахтного поля: 1 — бремсберг; 2 — ходок, 3 — разрезная печь; 4 — вентиляционный штрек; 5 — бутовая полоса, б—откаточный штрек

    Прямой  порядок отработки по сравнению  с обратным имеет следующие преимущества: более короткий срок подготовки очистных забоев, отсутствие предварительных затрат на проведение штреков значительной протяженности.

    Достоинства обратного порядка отработки  заключаются в следующем: снижаются  затраты на поддержание этажных  или ярусных штреков; возможно устранение утечек через выработанное пространство свежей струи воздуха; достигается независимость очистных работ от подготовительных; осуществляется доразведка условий залегания угольного пласта.

    При делении шахтопласта на этажи, а  их, в свою очередь, — на выемочные  поля, последние могут отрабатываться прямым и обратным ходом. Преобладает прямой порядок отработки выемочных полей, а в пределах выемочного поля — обратный.

    При делении шахтопласта на панели их в бремсберговой ступени отрабатывают последовательно от ствола к границам по простиранию. Это позволяет уменьшить объем работ по проведению главных штреков при подготовке первых панелей. Панели в уклонной ступени нецелесообразно отрабатывать в обратном направлении, то есть от границ шахтного поля, погашая при этом главные штреки. Отработка ярусов в панели осуществляется, как правило, обратным ходом.

1.8. Общая характеристика  вскрытия пластовых

  месторождений

    При описании вскрытия пластовых месторождений  принято различать способ и схему вскрытия, в основу которых положено наличие основной и дополнительной вскрывающих выработок.

    Способ  вскрытия — совокупность основных вскрывающих выработок в шахтном поле относительно транспортного горизонта с учетом их функционального назначения. Различают четыре способа вскрытия: вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированный, представляющий сочетание первых двух или трех способов.

    Схема вскрытия — пространственное расположение сети основных и дополнительных вскрывающих выработок в шахтном поле. Различают следующие основные схемы вскрытия:

    • по числу транспортных горизонтов —  одногоризонтные и многогоризонтные. В первом случае шахтное поле отрабатывают с одного транспортного горизонта, что исключает углубку шахтных стволов, во втором — с проведением вскрывающих выработок на двух и более горизонтах, что вызывает необходимость углубки стволов;

    • по типу дополнительных вскрывающих  выработок — без дополнительных вскрывающих выработок; с квершлагами (капитальными, горизонтными, этажными); с гезенками (капитальным и этажным); со слепыми стволами.

    Кроме перечисленных схем вскрытия встречаются  многие их разновидности.

    На  выбор способов и схем вскрытия оказывают  влияние следующие факторы: размеры шахтного поля; угол падения, мощность и число пластов в шахтном поле; расстояние между пластами; мощность наносов или непродуктивной толщи; рельеф поверхности; глубина разработки; нарушенность месторождения; свойства вмещающих пород; газоносность, выбросоопасность и удароопасность угольных пластов; обводненность месторождения; склонность угля к самовозгоранию; производственная мощность и срок службы шахты; уровень развития горнодобывающей техники; возможность постоянного воспроизводства подготовительных и готовых к выемке запасов; надежность вентиляции и др.

    Основными требованиями при выборе схемы вскрытия являются: минимальный объем вскрывающих горных выработок;

    Выбор схемы вскрытия месторождения является одной из важнейших задач при  проектировании шахты. Окончательно выбирается та схема, которая в большей мере отвечает условиям данного месторождения и удовлетворяет принятым критериям..

    1.9. Вскрытие пластовых  месторождений

    1.9. 1. Вскрытие одиночных  пластов 

    При наличии в шахтном поле одного пласта применяют вскрытие без  дополнительных вскрывающих выработок, ограничиваясь проходкой только шахтных стволов.

    На  рис. 1.10 представлено вскрытие одиночного пласта вертикальными стволами с расположением околоствольного двора в лежачем боку пласта. На горизонте околоствольного двора откаточным штреком шахтное поле по падению разделено на две ступени: бремсберговую и уклонную. При делении на панели, как показано на рисунке, от откаточного штрека проводят панельные бремсберги с ходками, а в уклонной части — панельные уклоны. Показан обратный порядок ведения очистных работ в пределах панели.