Технология подземных горных работ

    1.9. 5. Вскрытие штольнями

    Вскрытие  штольнями (рис. 1.16) применяют в гористой местности, когда промышленные запасы угля выше штольневого горизонта обеспечивают длительный срок службы шахты.

    . В зависимости от условий расположения  промплощадки и удобства прокладки подъездных путей штольни могут быть пройдены как вкрест простирания, так и с фланга залежи полезного ископаемого. Устье штольни должно находиться выше возможного максимального уровня паводковых вод.

    Рисунок 1.16 - Вскрытие штольней пологих пластов: 1—штольня;.2—шурф; 3—откаточные штреки

    Штольневое  вскрытие может применяться при  любых углах падения пластов. При пологом залегании пластов  отработка запасов на штольневом горизонте может осуществляться бремсберговыми и уклонными полями. Для выдачи исходящей струи из уклонной ступени необходимо провести вентиляционную штольню.

    Свежий  воздух в шахту поступает по штольне. Исходящая струя из шахты выдается по шурфам или другим вентиляционным выработкам.

    Достоинства штольневого вскрытия по сравнению  со стволами: проще схемы транспортирования грузов и водоотлива; отсутствует подъем; простая схема поверхностного комплекса.

    1.9. 6. Комбинированное  вскрытие 

    Наличие в шахтном поле одного типа главной вскрывающей выработки в некоторых условиях не позволяет достичь ожидаемого экономического эффекта от производственной деятельности горного предприятия. Иногда возникает необходимость осуществлять комбинацию рассмотренных выше схем вскрытия.

    Комбинированное вскрытие представляет собой наличие разного типа основных вскрывающих выработок: вертикальный и

    наклонный стволы; штольня и вертикальный ствол; штольня с наклонными стволами и  др. В качестве главной вскрывающей  выработки чаще используется наклонный ствол, проводимый под углом 12—18°, в качестве вспомогательной — вертикальный. Главный наклонный ствол оборудуют мощным ленточным конвейером. Комбинированные схемы вскрытия осуществлены при строительстве ряда крупных шахт (например, шахта «Распадская» в Кузбассе).

    На  рис. 1.17 представлено комбинированное  вскрытие с капитальным квершлагом и непосредственной погрузкой угля на наклонный ствол. При таком варианте вскрытия вспомогательный вертикальный ствол проходят до нижней границы шахтного поля, где сооружается околоствольный двор. На этом же горизонте проводят капитальный квершлаг, по которому осуществляется вспомогательный транспорт. Наклонный главный ствол проводят вкрест простирания со стороны висячего бока под углом, обеспечивающим эффективную выдачу угля ленточным конвейером. На бремсберговую и уклонную ступени шахтопласты делятся в точках их пересечения с наклонным стволом.

    Эта разновидность комбинированного вскрытия позволяет осуществить восходящее проветривание уклонной ступени шахтного поля.

    Свежий  воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, капитальному квершлагу и  штрекам. Далее он движется по наклонным  пластовым выработкам снизу вверх. Исходящая струя на поверхности  выдается через шурфы.

    Комбинированное вскрытие, включающее главный наклонный и вспомогательный вертикальный стволы, позволяет осуществить эффективный конвейерный транспорт полезного ископаемого от забоя до поверхности. Наличие вертикального вспомогательного ствола обусловливает эффективность вспомогательного транспорта: спуск-подъем людей, доставку материалов и оборудования и др. 

    Рисунок 1.17 - Комбинированное вскрытие с  капитальным квершлагом и непосредственной погрузкой угля на наклонный ствол: 1—штреки; 2—капитальный квершлаг;.3—вспомогательный вертикальный ствол; 4—главный наклонный ствол; 5—загрузочный бункер

    1.10. Подготовка пластов  в шахтном поле

    1.10.1. Основные понятия

    После вскрытия месторождения в пределах шахтного поля приступают к его подготовке, позволяющей начать добычу полезного ископаемого в очистных забоях. Подготовку шахтопластов ведут частями и по мере их отработки подготавливают следующие части. Следовательно, задачей подготовки является постоянное возобновление готовых к выемке запасов взамен отрабатываемых. Постоянное возобновление запасов называют воспроизводством запасов.

    Подготовка  пласта к очистной выемке состоит  из двух этапов. На первом этапе проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта. Этот этап называют способом подготовки. В основу разделения способов подготовки положены два признака: расположение подготавливающих выработок относительно угольного пласта и число разрабатываемых пластов, обслуживаемых подготавливающей выработкой. На этом этапе подготавливающими выработками являются транспортные (главные) штреки. В зависимости от расположения этих штреков относительно угольного пласта различают пластовую и полевую подготовку пластов (рис. 1.18).

    При пластовой подготовке транспортные штреки проводят по угольному пласту. Ее применяют при устойчивых боковых породах, а также на пластах с углями, не склонными к самовозгоранию. Это, как правило, пласты тонкие и средней мощности. При неустойчивых боковых породах и на пластах с углями, склонными к самовозгоранию, применяют полевую подготовку, при которой полевые штреки проводят в породах лежачего бока. Для выхода на пласт от полевого штрека проводят промежуточные квершлаги. От этих квершлагов по пласту проводят пластовые штреки, которые погашают вслед за выемкой. Как правило, полевая подготовка сопутствует мощным угольным пластам.

    В зависимости от числа пластов, обслуживаемых  подготавливающей выработкой (штреком), различают индивидуальную и групповую подготовку пластов в шахтном поле.

    Следующим этапом подготовки является проведение подготавливающих выработок в плоскости пласта. К ним относятся проводимые в пределах выемочного поля наклонные (бремсберги, уклоны, скаты) и горизонтальные выемочные (конвейерные и вентиляционные штреки) выработки. Результатом второго этапа подготовки является образование очистных забоев принятой длины в количестве, обеспечивающем принятую производственную мощность шахты.

      В зависимости от деления выемочной  ступени шахтопласта на характерные  части различают панельную, этажную и погоризонтную подготовку выемочных полей. Их принято называть схемами подготовки. 

        

    Рисунок 1.18 - Пластовая (в) и полевая (б) подготовка угольных пластов: 1 — главный квершлаг; 2 — пластовый штрек; 3 — полевой штрек; 4 — промежуточный квершлаг; 5 — угольный пласт

    1.10.2. Подготовка выемочных полей

    После проведения в необходимом объеме горизонтальных подготавливающих выработок  на транспортном горизонте приступают к проведению подготавливающих выработок в плоскости пласта, формирующих схему подготовки выемочных полей. Под схемой подготовки выемочного поля, понимают совокупность характерно расположенных с учетом функционального назначения подготавливающих выработок, обеспечивающих формирование готовых к выемке частей шахтопласта.

    В зависимости от деления выемочной  ступени (шахтопласта) на части (см. рис. 1.8) различают панельную, этажную и погоризонтную подготовку.

    Панельную подготовку применяют при любой  мощности угольных пластов с углами падения до 20—25° (преимущественно до 15—18^е). Размер панели по простиранию достигает 2,5—3 км. Ее размер по падению равен наклонной высоте выемочной ступени. Различают двусторонние (двукрылые) и односторонние (однокрылые) панели (рис. 1.19). В двусторонней панели бремсберг (уклон) с ходками проводят в середине выемочного поля по простиранию (рис. 1.19, а), в односторонней — у одной из его границ (рис. 1.19, б). Наиболее часто применяются двукрылые панели.

    В практике разработки угольных пластов  применяют различные схемы подготовки панелей. На рис. 1.19, а представлена наиболее простая схема, при которой для начала очистных работ достаточно пройти главный транспортный штрек, бремсберг (уклон) с ходками и ярусные штреки. Более сложная схема (рис. 1.19, в) предусматривает, кроме названных выработок, проведение фланговых печей и главного вентиляционного штрека. Такая схема подготовки позволяет осуществить прямоточное проветривание. В отличие от схемы, представленной на (рис. 1.19, а), здесь показана панель при групповой подготовке пластов. В этом случае отпадает надобность в проведении транспортного штрека большой длины, что присуще индивидуальной подготовке (см. рис. 1.19, а). Длина его не превышает 120—150 м. При подготовке панелей в уклонной выемочной ступени на пластах наклонного падения уклоны проводят диагонально (под углом к линии падения). 

    Рисунок 1.19 - Панельная подготовка выемочных  полей: а — двусторонняя панель; б — односторонняя панель; в  — двусторонняя панель с фланговыми печами; 1— основной транспортный штрек; 2 — просек; 3 — путевой ходок; 4 — бремсберг; 5 — людской ходок; 6 — ярусные штреки; 7 — главный вентиляционный штрек; 8— фланговая печь (ходок); 9—промежуточный квершлаг

    Достоинства панельной подготовки: возможность  повышения концентрации горных работ и конвейеризация транспорта от очистных забоев до ствола; сокращение объема поддерживаемых выработок. Недостатки: большие затраты на проведение и поддерживание панельных наклонных выработок; сложная схема проветривания.

    Особенностью  панельной подготовки является расположение очистного забоя по падению пласта, а подвигание — по простиранию.

    Этажная подготовка применяется при делении  шахтопласта на этажи на крутонаклонных и крутых пластах, в отдельных  случаях — на наклонных и пологих пластах при углах падения более 8—10°. При этажной подготовке этажи по простиранию делят на выемочные поля. Подготавливающие наклонные выработки (участковые бремсберги, уклоны, скаты) проводят в каждом выемочном поле. По ним осуществляется доставка угля до откаточного горизонта при делении этажа на подэтажи.

    В зависимости от угла падения пластов наклонная высота этажа составляет 120—450 м. Последний параметр относится к пологим пластам.

    Рисунок 1.20 - Этажная подготовка выемочных  полей: а—пологое падение (1 —этажный откаточный штрек; 2—просек; 3—путевой ходок; 4 — участковый бремсберг; 5 — промежуточные (подэтажные) штреки; 6 — этажный вентиляционный штрек); б — крутое падение (7 — промежуточный квершлаг; 2 — центральный скат; 3 — пластовый откаточный штрек; 4 — параллельный штрек; 5 — минусовый (вентиляционный) штрек)

    Этажная подготовка пологих и крутых пластов отличается друг от друга (рис. 1.20). На пологих пластах (рис. 1.20, а) при делении на подэтажи между этажными откаточным и вентиляционными штреками проводят участковые бремсберги, по которым уголь из верхних подэтажей доставляется на откаточный горизонт. Выемочные поля могут быть однокрылые и двукрылые.

    На  крутых и крутонаклонных пластах (рис. 1.20, б), где доставка угля по падению осуществляется под действием гравитационных сил, проводят скаты, если предполагается деление этажа на подэтажи. На таких пластах применяют, как правило, групповую подготовку. Вентиляционный штрек проводят на несколько метров ниже бывшего откаточного. Отсюда его название — минусовый. Полная сеть подготавливающих выработок в выемочном поле, позволяющих начать очистную выемку, зависит от применяемой системы разработки.

    Достоинства этажной подготовки: небольшой объем  проведения наклонных горных выработок; более быстрый ввод очистных забоев в эксплуатацию (на пологих пластах); простые схемы проветривания и транспорта. Недостатки: разбросанность горных работ, большая протяженность этажных пластовых штреков, что приводит к росту затрат на их поддержание (на пологих пластах).

    Погоризонтная подготовка выемочных полей осуществляется проведением в пределах выемочной ступени наклонных подготавливающих выработок (рис. 1.21). Длина наклонных подготавливающих выработок равна наклонной высоте выемочной ступени. Она может достигать 2000—3000 м. Расстояние между наклонными выработками (бремсбергами и ходками) равно длине очистного забоя. Особенность этой подготовки состоит в том, что очистной забой располагается по простиранию пласта, а перемещается по падению или восстанию. При высокой газообильности предпочтительной является выемка по падению, а при повышенной обводненности — по восстанию пласта. Как видно из приведенной схемы, подготовка может осуществляться как для одинарных, так и для спаренных очистных забоев.

    

    Рисунок 1.21 -  Погоризонтная подготовка: 1 — вентиляционный ходок; 2 — бремсберг; 3 — главный транспортный пггрек; 4 — ходок; 5 — главный квершлаг; б — главный вентиляционный штрек; 7 — шурф (вентиляционный ствол)

    Погоризонтная подготовка рекомендуется к применению на пластах с углом падения  до 10—12°. Она позволяет: снизить  объем проведения подготавливающих выработок; упростить подготовку выемочных полей и схему транспорта полезного ископаемого; обеспечить стабильность длины очистного забоя;

    уменьшить вероятность встречи геологических  нарушений, так как они в большинстве  случаев располагаются по падению пластов; повысить безопасность ведения горных работ (при выемке по падению); сократить приток воды в призабойное пространство (при выемке по восстанию). Недостатки: ограниченные условия применения и трудность перевозки людей и материалов по длинным наклонным выработкам.

    Непостоянство элементов залегания пластов  в пределах шахтного поля (углов падения и простирания) может обусловить применение в пределах одного и того же шахтопласта смешанной подготовки: например, панельной и этажной или панельной и погоризонтной. В крыле шахтного поля с пологим залеганием пластов целесообразна панельная подготовка, в крыле с крутонаклонным или крутым залеганием — этажная.