Технология подземных горных работ

1.12. Системы разработки  пластовых месторождений 

1.12.1. Понятие о системах разработки и их классификация

    Система разработки — определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах этажа, панели или горизонта строго увязанный в пространстве и времени.

    Рациональная  система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать безопасность ведения горных работ; обусловливать высокий уровень технико-экономических показателей; иметь минимальные потери. Под технико-экономическими показателями понимают, возможно, наибольший уровень производительности труда и минимальную себестоимость добычи полезного ископаемого.

    На  выбор системы разработки оказывают  влияние различные факторы. Основными из них являются: форма залегания, строение, мощность и угол падения пласта; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и обводненность месторождения;

    склонность угля к самовозгоранию; склонность угольных пластов к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ,

    Наибольшее  влияние на выбор системы разработки оказывают мощность и угол падения пласта. От мощности пласта зависит решение таких вопросов, как способ проведения и поддержания горных выработок, выбор технологии очистных работ, возможность разработки пласта на полную мощность или необходимость деления его на слои, крепление очистной выработки и управление горным давлением. Выбор средств механизации очистных работ, крепления и управления кровлей во многом зависит и от угла падения пласта. Этот фактор является решающим при выборе средств доставки угля в забое при его расположении по падению пласта. Его также учитывают при выборе формы и длины очистного забоя.

    Свойства  вмещающих пород являются решающим фактором при выборе способа управления горным давлением (управления кровлей), а также поддержанием выемочных выработок и их расположения. Они оказывают существенное влияние на выбор средств механизации очистных работ.

    Перечисленные факторы, как правило, оказывают  комплексное влияние на выбор систем разработки и их параметров.

    Разнообразие  горно-геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их вариантов. Системы разработки пластовых месторождений можно представить в виде следующей классификации.

    1. Системы разработки с выемкой  пласта на полную мощность.

    1.1. С длинными очистными забоями (сплошные, столбовые, комбинированные).

    1.2. С короткими очистными забоями  (столбовые, камерные, камерно-столбовые,  подэтажные штреки, полосы и заходки).

    2. С разделением пласта на слои (наклонные, горизонтальные и поперечно-наклонные).

    На  пологих и наклонных пластах  Кузбасса в настоящее время наибольшее распространение получили столбовые  системы разработки с применением комплексов в длинных механизированных забоях

    1.12.2. Сплошная система  разработки

    Сплошная  система разработки характеризуется одновременным ведением подготовительных и очистных работ в выемочном поле. Забои откаточного (конвейерного) и вентиляционного штреков, формирующих выемочное поле, движутся в том же направлении, что и очистной забой.

    В зависимости от наклонной высоты этажа (яруса) в нем может размещаться один или два-три очистных забоя. Если в пределах этажа (яруса) размещается один очистной забой, то такой вариант сплошной системы разработки называется лава-этаж (лава-ярус). Если возникает необходимость размещения в этаже по падению двух-трех очистных забоев, то этаж делят на подэтажи. В связи с изложенным и с учетом угла падения пластов существуют различные варианты сплошной системы разработки:

    на  пологих и наклонных пластах  — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи (рис. 1.26, 1.27) при этажной подготовке, лава-ярус — при панельной подготовке; на кругонаклонных и крутых пластах — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи с прямолинейной или потолкоуступной формой забоя.

    Для сплошной системы разработки характерны следующие особенности:

    • прямой порядок отработки в крыле  шахтного поля (лава-этаж) или в пределах выемочного поля (при делении этажа на подэтажи);

    • породные забои подготовительных выработок  перемещаются вслед за очистными, за исключением откаточного штрека, проводимого с опережением на 50—70 м;

    • подготовительные выработки поддерживаются в зоне влияния выработанного пространства.

   

   Рисунок  1.26 - Сплошная система разработки

 

   Рисунок 1.27 - Сплошная система разработки пологих пластов: а — лава-этаж; 1 — капитальный бремсберг; 2 — людской ходок; 3 — этажный откаточный штрек; 4 — просек; 5 — печь; 6 — очистной забой; 7—этажный вентиляционный штрек; 8—бутовая полоса; 9—разрезная печь; 10 —шурф; 11 —участковый бремсберг; 12—косовичник; 13—промежуточный штрек

    Самым простым вариантом системы разработки вообще и сплошной, в частности, является вариант лава-этаж. От капитального бремсберга (уклона), ходка или наклонного ствола, пройденного по пласту угля, проводят этажный откаточный штрек на длину до 100м.

   Одновременно  на длину порядка 40 м проводят этажный  вентиляционный штрек. Штреки на этом расстоянии от наклонных выработок соединяют разрезной печью (рис. 1.27), в которой монтируют очистное оборудование. После этого начинают очистную выемку. С опережением очистного забоя на 50—70 м проводят откаточный штрек, а с отставанием на несколько метров —вентиляционный штрек по породе.

   При делении этажа на подэтажи возникает  необходимость проведения промежуточных штреков и участкового бремсберга с ходком. Нижний подэтаж опережает верхний. Добытый уголь в верхних очистных забоях этажа поступает на промежуточный штрек, а затем на участковый бремсберг. В этом варианте системы проветривание очистных забоев последовательное с подсвежением. Содержание метана во входящей в забой струе должно быть не более 0,5 %, а в исходящей из участка — не более 1,0 %.

   Охрана  подготовительных выработок осуществляется преимущественно бутовыми полосами. Породу для их выкладки получают при проведении выработок широким забоем, либо при подрывке боковых пород в забоях промежуточных и вентиляционного штреков. Работы по проведению бутовых полос трудоемки, особенно при сооружении участкового бремсберга в зоне выработанного пространства.

   Сплошная  система разработки применяется на тонких пластах при любых углах падения. Имея ограниченное применение в прошлом, она в Кузбассе в настоящее время утратила свое значение.

   Достоинствами сплошной системы разработки являются быстрый ввод в эксплуатацию очистных забоев и возможность размещения в шахте пустой породы, получаемой при проведении подготовительных выработок. Основные недостатки: сложность совмещения подготовительных и очистных работ в одном выемочном поле; большие затраты на поддержание подготовительных выработок; отсутствие доразведки условий залегания угольного пласта; утечки воздуха через выработанное пространство.

    1.12.3. Столбовая система  разработки

   Поддержание подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ на пластах  средней мощности становится затруднительным. Поэтому целесообразнее применять такую систему разработки, при которой выработки располагаются в нетронутом массиве полезного ископаемого.

  Современные средства механизации очистных работ  позволяют достигать высоких скоростей подвигания лав и, следовательно, высоких нагрузок на забой. Добычное и проходческое оборудование наиболее эффективно используется при независимом ведении очистных и подготовительных работ и опережающей подготовке выемочного поля. Этим условиям в большей мере отвечает более прогрессивная система разработки — столбовая.

   Столбовая система разработки — это такая система, при которой часть пласта в пределах этажа или яруса до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, в результате чего образуются столбы. В зависимости от ориентировки столба относительно элементов залегания пласта различают длинные столбы по простиранию, длинные столбы по падению (восстанию), диагональные столбы. Наиболее распространенными являются разновидности системы разработки длинными столбами по простиранию: на пологих и наклонных пластах — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи при этажной подготовке, лава-ярус — при панельной подготовке; на крутонаклонных и крутых пластах — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи.

Для столбовых  систем разработки характерны следующие  особенности:

   • обратный порядок отработки пласта в крыле шахтного

поля (лава-этаж) или в пределах выемочного поля (к  участковому или панельному бремсбергу, скату);

   • разделение в пространстве и времени очистных и подготовительных работ в пределах этажа (подэтажа) или яруса;

   • подготовительные выработки поддерживаются в массиве, по мере подвигания очистного забоя они погашаются (или частично сохраняются при бесцеликовой подготовке).

   Простейшим  вариантом системы разработки длинными столбами по простиранию является лава-этаж, при котором этажные откаточный и вентиляционные штреки проводят до границ шахтного поля, где их соединяют разрезной печью. В разрезной печи монтируют очистное оборудование и ведут выемку в направлении к стволу.

Рисунок  1.28 - Столбовая система разработки

Система разработки длинными столбами по простиранию

   Наиболее  распространенными разновидностями  столбовой системы разработки являются длинные столбы по простиранию при панельной подготовке (вариант лава-ярус) и с разделением этажа на подэтажи.

   На  пологих пластах средней мощности широко применяют систему разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (рис. 1.29). Подготовка выемочных столбов в каждом ярусе заключается в проведении от бремсберга или уклона ярусных конвейерного и вентиляционного штреков до границ панели. На границе панели между этими штреками проводят разрезную печь, которую затем расширяют, образуя камеру для монтажа очистного оборудования. После этого начинают отработку столба обратным ходом. Для подготовки нижележащего яруса его вентиляционный штрек проводят совместно с конвейерным штреком вышележащего яруса. В классическом варианте между конвейерным и вентиляционным штреками смежных ярусов оставляют угольные целики шириной 8—12 м.

    В целях снижения потерь угля и удельного объема проведения подготовительных выработок широкое распространение получила отработка без оставленных целиков между выемочными выработками в соседних ярусах. В этом случае, например, конвейерный штрек не погашают, а поддерживают, чтобы использовать в качестве вентиляционного при выемке нижележащего столба. Если конвейерный штрек погашают, то вентиляционный штрек нижележащего яруса можно пройти вприсечку к выемочной выработке в отработанном столбе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.29 -  Система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (лава-ярус): 1 — откаточный штрек; 2 — просек; 3 — путевой ходок; 4 — панельный бремсберг; 3 — людской ходок; о — ярусный конвейерный штрек; 7 — ярусный вентиляционный штрек; S—очистной забой; 9—разрезная печь

   Отработку ярусов в панели осуществляют, как  правило, в нисходящем порядке. В большинстве случаев в панели работает один очистной забой, редко — два. В отдельных случаях для повышения концентрации горных работ на пологих пластах в панели применяют отработку спаренными лавами. Спаренными лавами считаются такие, независимая отработка которых невозможна. Опережение между лавами отсутствует или составляет не более 3—4 м. Обе лавы работают на один конвейерный штрек.