Вскрытие пластов наклонными стволами.

При вскрытии пластов наклонными стволами с поверхности до нижней границы первого этажа по падению пласта примерно в центре шахтного поля проводят три ствола, один из них главный, другие — вспомогательные.
Главный ствол (рис. 2.21) предназначен для подъема полезного ископаемого и оборудован ленточными конвейерами. Из вспомогательных стволов, пройденных параллельно главному на расстоянии 30 м, один — грузовой используется для подъема породы из шахты и спуска оборудования и материалов в шахту, другой — людской — служит для спуска и подъема людей. Последний должен иметь оборудование для механизированной перевозки людей и свободный проход шириной не менее 0,7 м на высоте 1,8 м, в котором сооружают в зависимости от угла наклона выработки перила, трапы с перилами и др.

На уровне границы кондиционного угля в обе стороны от стволов проводят этажные вентиляционные штреки, а у нижней границы этажа — этажные откаточные штреки. У пересечения откаточных штреков со стволами оборудуют околоствольный двор.
На расстоянии 40—50 м от стволов с откаточных штреков до пересечения с вентиляционными проводят разрезные печи, если этаж отрабатывается прямым ходом.
При отработке этажа обратным ходом этажные штреки проводят на всю длину шахтного поля, а разрезные печи — у его границ; забои очистных выработок перемещаются по направлению к стволу. Оставляемые целики угля между стволами, а также стволами и выработанным пространством предохраняют их от разрушения горным давлением.
Чтобы обеспечить бесперебойную добычу угля, до окончания отработки запасов первого этажа заблаговременно подготовляют следующий этаж. Для этого стволы углубляют до горизонта откаточного штрека второго этажа. В обе стороны проводят этажные откаточные штреки и разрезные печи, сооружают новый околоствольный двор. Аналогично производится подготовка третьего и последующих этажей.
При разработке второго этажа в качестве вентиляционного используют откаточный штрек первого этажа.

Вскрытие пластов штольнями.

Штольнями вскрывают пласты, залегающие в районах с сильно пересеченной или гористой местностью, когда вскрытие вертикальными или наклонными стволами технически невозможно или экономически нецелесообразно. В зависимости от расположения месторождения по отношению к гористому склону штольни проводят под разными углами к простиранию.
При выборе места расположения штольни необходимо учитывать следующие факторы: около устья штольни должна быть промышленная площадка, достаточная для размещения технических зданий и сооружений; возможность подвода в долину, где расположена промышленная площадка, железнодорожного пути, шоссейной дороги; устье штольни должно располагаться выше уровня максимально возможного подъема воды в долине. С другой стороны, штольню следует проводить так, чтобы большая часть запасов месторождения находилась выше горизонта и, следовательно, могла бы быть отработана без подъема угля и механического водоотлива.
На способ вскрытия месторождения штольнями существенное влияние оказывает угол падения пластов. Так, при пологих пластах с уровня долины проводят капитальную штольню, которая делит шахтное поле на две части, одна из которых выше штольневого горизонта — бремсберговая, другая — уклонная (рис. 2.22, а). Дальнейшую подготовку пластов к очистной выемке производят одним из рассматриваемых выше способов. Для применения центрально-отнесенной схемы проветривания кроме капитальной штольни проходят вентиляционные шурфы или штольни на отметках более высоких, чем откаточный горизонт.

При крутых пластах кроме капитальной и вентиляционной штолен в качестве дополнительных вскрывающих выработок используют гезенки и этажные квершлаги для вскрытия пластов, расположенных выше штольневого горизонта (рис. 2.22, б). При небольшой разности отметок между верхней границей шахтного поля и поверхностью вместо гезенка возможно проведение вентиляционного вспомогательного ствола.
В зависимости от расстояния от поверхности до пластов по горизонтали и удобного рельефа поверхности возможно проведение этажных штолен, от которых уголь транспортируют до поверхности. Часть шахтного поля, расположенная ниже штольневого горизонта, вскрывается слепыми стволами и этажными квершлагами (см. рис. 2.22, б).
Способ вскрытия шахтных полей штольнями является одним из самых экономичных и простых, поэтому рекомендуется к применению во всех случаях, когда для этого имеются необходимые горно-геологические предпосылки.

Комбинированные способы вскрытия шахтных полей. Примеры.

Комбинированными способами вскрытия называются такие, которые содержат в себе признаки и элементы нескольких способов. Их применение обусловливается стремлением использовать преимущества входящих в комбинацию способов, которые могут быть реализованы в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях.
При комбинированном расположении в центре шахтного поля имеются два ствола. У верхней границы шахтного поля в центре и на каждую панель или группу панелей сооружают дополнительно вентиляционные стволы.

 

Достоинства:

 - прямоточная схема проветривания
выработок в бремсберговой части
шахтного поля и обособленное
проветривание панелей шахты.

Недостаток:
 - дополнительные промышленные
площадки для размещения
надшахтных зданий
вспомогательных стволов.

В схеме а) использованы преимущества вскрытия наклонными стволами, оборудованными мощными ленточными конвейерами, позволяющими выдавать из шахты до 20..25 тыс. т угля в сутки при значительно меньшей степени измельчения его по сравнению со скиповыми подъемами; все вспомогательные операции, в том числе и выдача породы, осуществляются по вертикальным стволам, которые значительно производительнее механических подъемов наклонных стволов. Наличие двух вертикальных стволов обеспечивает хорошие условия проветривания шахты. Данный комбинированный способ вскрытия целесообразно применять на крупных шахтах с глубиной стволов, примерно, до 400..500 м.

Наиболее крупные шахты в мировой практике вскрыты именно таким способом. Примером могут служить шахты "Распадская" в Кузбассе, "Тентенская" в Караганде, "Селби" в Великобритании соответственно с проектной мощностью 7,5; 4,0 и 10,0 млн. т угля в год.

В схеме б), представляющей комбинацию двух способов вскрытия — капитальным квершлагом для вскрытия пластов m ₁ и m ₂ и этажными квершлагами для вскрытия пласта m ₃, сближенного с пластом m ₂, использовано преимущество вскрытия этажными квершлагами в части сокращения объема проведения и поддержания наклонных подготавливающих выработок;

В схеме в) верхняя часть шахтного поля вскрыта вертикальными стволами и этажно-горизонтными квершлагами, что обусловлено крутым залеганием пластов, а нижняя часть поля вскрыта капитальным горизонтальным квершлагом (пласт m ₁) и капитальным наклонным квершлагом (пласты m ₂ и m ₃), что связано с резким выполаживанием пластов. То есть в данном случае комбинированное вскрытие обусловлено конкретными горно-геологическими особенностями залегания пластов.

Сильно нарушенные месторождения с резкими перегибами пластов, крупными, часто повторяющимися сбросами и надвигами вскрываются также комбинированными способами — вертикальными стволами и этажно-горизонтными квершлагами с проведением ряда дополнительных выработок, чаще всего гезенков и наклонных квершлагов. При этом применение комбинированного способа вскрытия дает возможность одновременно разрабатывать участки пласта как с крутым, так и пологим залеганием. 28. 28.Способы проветривания шахт и рудников.

При выемке угля в выработки выделяются метан, углекислый газ, продукты взрыва взрывчатых веществ (ВВ), а также угольная и породная пыль. Для создания безопасных и гигиенических условий труда выработки необходимо проветривать, т. е. непрерывно подавать в шахту с поверхности свежий воздух, обеспечив при этом его движение в необходимом направлении и с требующейся интенсивностью. Это обеспечивается созданием перепада давления (депрессия) воздуха за счет механической энергии вентилятора. Вентилятор, установленный на вентиляционном стволе, называют главным, а депрессию, которую он создает, — общешахтной. Ее величина не должна превышать 4,5 кПа (ПТЭ). Различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный способы проветривания. При нагнетательном проветривании давление воздуха на выходе из вентилятора и в выработках будет больше атмосферного, которое сохраняется в устье воздуховыдающего ствола. И в случае аварийной остановки вентилятора давление воздуха в выработке падает, что может вызвать увеличение поступления в выработки метана и образование взрывоопасной среды. Поэтому этот способ рекомендуют применять на негазовых шахтах, а также на газовых шахтах доII категории по метану при разработке только первого горизонта. При всасывающем способе проветривания в выработках создается разрежение воздуха по сравнению с атмосферным. Поэтому в случае остановки вентилятора давление в выработках повысится и тем самым замедлится процесс их загазирования. Всасывающий способ применяют, как правило, на газовых шахтах. При этом может использоваться одна центральная вентиляторная установка на центрально-отнесенном стволе или две на фланговых стволах. При нагнетательно-всасывающем способе проветривания имеются два последовательно работающих вентилятора, установленные в воздухоподающем и воздуховыдающем стволах. Этот способ может применяться при значительной протяженности горных выработок.

В зависимости от числа и взаимного расположения выработок, по которым подается свежая и отводится исходящая струи воздуха, с учетом способа работы вентилятора возможны различные схемы проветривания. Различают центральные, фланговые, центрально-фланговые. При центральной схеме проветривания стволы располагаются центрально-сдвоенно или центрально-отнесенно. Так как при центральной схеме воздух движется по параллельным выработкам, но в противоположном направлении, ее называют также возвратноточной. Центральную схему проветривания применяют при разработке шахтных полей небольших размеров (ПТЭ). При фланговой схеме проветривания воздуховыдающие стволы располагают на верхних границах шахтного поля. При этом воздух движется по горизонтальным выработкам по всей длине крыла в одном направлении. В связи с этим фланговую схему называют также прямоточной. Ее применяют при значительной длине шахтного поля по простиранию на шахтах III категории, сверхкатегорийных и опасных по внезапным выбросам угля и газа. В центрально-фланговой схеме, сочетаются центральные и фланговые схемы, потому ее называют также комбинированной. Она применяется при обособленном проветривании участков, расположенных в центральной части шахтного поля и на его флангах, например при панельной подготовке, когда в пределах горизонта располагается нечетное число панелей.

29. Панельная подготовка шахтного поля.

Если пласт в пределах шахтного поля или горизонта делят по простиранию на участки, вытянутые по падению от верхней границы горизонта до нижней (рис. 2.3, б), то такие участки называют панелями, а способ подготовки шахтного поля — панельным.
Панель — часть пласта в пределах шахтного поля или горизонта, обслуживаемая самостоятельным комплексом горизонтальных или наклонных транспортных и вентиляционных выработок. Границами панели являются по падению границы горизонта, но простиранию — граница шахтного поля или условные линии — границы смежных панелей. Размер панели по простиранию находится в пределах до 1500—2500 м, по падению 1000—1200 м. По падению пласта панель делят на более мелкие участки, вытянутые по простиранию — ярусы.
Ярус — часть пласта в пределах панели, ограниченная по падению выемочными (ярусными) штреками (конвейерным и вентиляционным), а по простиранию — границами панели.
Как и шахтное поле, панель может быть однокрылой и двукрылой. Последние экономически выгоднее и технически совершеннее однокрылых: вдвое увеличивается число одновременно отрабатываемых лав, в результате при одинаковых размерах панели существенно уменьшаются расходы, отнесенные на тонну промышленных запасов, на поддержание наклонных выработок и штреков (в связи с сокращением времени отработки ярусов и панели), а также на транспортирование угля по наклонным выработкам (благодаря росту нагрузки на транспортные средства за счет увеличения числа лав, одновременно обслуживаемых наклонной выработкой).
В пределах горизонта в зависимости от соотношения между размерами шахтного поля и панели по простиранию может разместиться четное или нечетное число панелей. Панель, в пределах которой производится вскрытие пласта, называется центральной, остальные — фланговыми.
Панельный способ деления шахтного поля на части по сравнению с этажным имеет следующие преимущества: позволяет технически более просто увеличить нагрузку на пласт и, следовательно, концентрацию работ на одном пласте; обеспечивает большие возможности применения прогрессивного поточного конвейерного транспорта от очистного забоя до главного откаточного штрека, а также создает благоприятные условия для отработки ярусов от границ панели к наклонной выработке. Все это обеспечивает условия для высокопроизводительной работы очистных забоев.
Недостатки панельного способа — необходимость проведения большего числа наклонных выработок, чем при этажном способе, и увеличение объема работы подземного транспорта по штрекам примерно на 20—30 % за счет «перепробега» грузов (угля) по штрекам.
Этажный способ подготовки применяют, как правило, на наклонных, крутонаклонных и крутых пластах, а на пологих пластах с углами падения до 18—20° он рекомендуется при: вскрытии шахтных полей наклонными стволами, проходимыми по падению пласта или пород лежачего бока; вскрытие вертикальными стволами, когда мощность шахты может быть обеспечена работой ограниченного числа лав (четырех-шести); шахтных полях с ограниченными размерами по простиранию (до 4 км); разработке сильно газоносных пластов, особенно пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа или суфляр-ном выделении метана, в условиях которых необходимо применять способы подготовки и системы разработки с минимальным числом наклонных подготовительных выработок.
Панельный способ подготовки применяют, как правило, при разработке: горизонтальных пластов; пологих и наклонных пластов при углах падения до 16—20°, когда можно осуществить полную конвейеризацию транспорта; одного или ограниченного числа пластов, когда необходимо обеспечить большую проектную мощность шахты; пластов с переменным углом падения по линии их простирания, поскольку при этажном способе подготовки наклонная высота этажа изменялась бы по простиранию в весьма широких пределах; водообильных или нарушенных месторождений, когда участки между нарушениями являются своего рода панелями, и, наконец, при длине шахтного поля по простиранию не более 8 км.

30. Этажная подготовка шахтного поля.

Если пласт в пределах шахтного поля или горизонта делят по падению на участки, вытянутые по простиранию, то такие участки называют этажами, а способ подготовки шахтного поля — этажным (рис. 2.3, а).

Этаж — часть пласта в шахтном поле, границами которой по падению являются штреки — откаточный и вентиляционный, а по простиранию — границы шахтного поля. Штреки, ограничивающие этаж, обычно называют этажными. Все этажи в пределах горизонта обслуживаются одним бремсбергом или уклоном, которые называются капитальными. На крутонаклонных и крутых пластах, в отличие от пологих, каждый этаж обслуживается своими квершлагами: снизу — откаточными, сверху — вентиляционными.
Расстояние по линии падения пласта между верхней и нижней границами этажа называют наклонной высотой этажа.
Для пологих и наклонных пластов наклонную высоту этажа определяют расчетом. Она может быть от 200 до 500 м. Необходимо, чтобы производственная мощность шахты при этом обеспечивалась очистными забоями, расположенными в пределах только одного этажа.
Проекцию наклонной высоты этажа hэ на вертикальную плоскость называют вертикальной высотой этажа hв которая определяется из выражения

При разработке крутых пластов hв принимают из условий безопасного ведения горных работ: для пластов тонких и средней мощности — 120—130 м, для мощных — от 80 до 100 м. Наклонная же высота этажа определяется по формуле (2.1).
Крыло горизонта имеет размер по простиранию порядка 2—2,5 км, поэтому крыло этажа по простиранию можно дополнительно делить на более мелкие части — выемочные поля. К делению этажа на выемочные поля обычно прибегают при разработке пологих пластов и только в том случае, когда его наклонная высота в 2—3 раза превышает рациональную длину лавы. В этих условиях возникает необходимость деления выемочного поля по падению на два, реже на три выемочных участка, в каждом из которых располагается по одной лаве. Для их обслуживания необходимо проходить в каждом выемочном поле участковые (промежуточные) бремсберги (скаты, квершлаги), ходки, штреки, конвейерные и вентиляционные.
Выемочное поле — часть пласта в пределах этажа, разработка которой осуществляется с применением участковых (промежуточных) бремсбергов, скатов или квершлагов. Размер выемочного поля по простиранию на пологих пластах находится в пределах 750—1500 м, на крутых — 350—500 м.
Выемочный участок — часть пласта в пределах выемочного поля, ограниченная по падению конвейерным и вентиляционным штреками, а по простиранию — границами выемочного поля.

31. Погоризонтная подготовка шахтного поля.

Подготовка запасов шахтного поля производится по определенной системе, создающей необходимые условия для их отработки с высокой эффективностью. При этом под подготовкой шахтного поля понимается определенный порядок проведения подготовительных выработок в пространстве и во времени. Различают 4 способа подготовки шахтных полей:

- погоризонтная подготовка;

- панельная подготовка;

- этажная подготовка;

- комбинированная подготовка.

В период строительства шахты подготовка запасов к нарезке полей производится лишь в объемах, предусмотренных проектом для сдачи шахты в эксплуатацию.

Подготовка всех остальных запасов и постоянное их возобновление взамен выработанных (воспроизводство очистного фронта) производится в течение всего срока функционирования действующей шахты.

Чтобы обеспечить эффективное воспроизводство фронта очистных работ способы подготовки должны удовлетворять определенным требованиям. В частности, по существующим нормативам в любой момент времени действующая шахта должна иметь:

- готовых к выемке запасов (для разработки которых пройдены все без исключения подготовительные и нарезные выработки) – не менее, чем на 3 месяца работы;

- подготовленных запасов (для разработки которых проведены основные подготовительные выработки) – не менее, чем на полугодовую работу;

- вскрытых запасов (к которым обеспечен доступ с поверхности земли через капитальные выработки: стволы, штольни, этажные, погоризонтные или капитальные квершлаги) – не менее, чем на год работы шахты.

Превышение этих минимальных норм способствует устойчивой работе шахты. Однако заблаговременное проведение большого объема выработок может привести к неоправданно большим затратам на их поддержание. Отсюда видно, что выбор целесообразной системы подготовки шахтного поля для конкретных условий является оптимизационной многовариантной задачей, которая решается с учетом большого числа факторов.

1.3.1 Сущность погоризонтной подготовки

Сущность погоризонтной подготовки заключается в том, что пласт в пределах шахтного поля между горизонтами делят на выемочные участки, в каждом из которых размещают одну или две лавы. Очистные забои поставлены при этом по простиранию пласта, а перемещаются они по падению или восстанию.

1.3.2 Погоризонтная подготовка для индивидуальной отработки пластов (рис.1.4)

Подготовка пласта начинается с проведения главных штреков, один из которых целесообразно проводить полевым, а другой – пластовым, т.к. срок службы этих штреков равен сроку службы шахты. Полевой штрек служит для транспорта полезного ископаемого, а пластовый – для вспомогательного транспорта (оборудования, вспомогательных грузов и т.п.). Они периодически соединяются между собой квершлагами или скатами. От пластового штрека проводятся наклонные выработки (конвейерные бремсберги и ходки), которые соединяются у верхней границы горизонта разрезной печью. Главный вентиляционный штрек также проводится полевым и соединяется со стволом вентиляционным квершлагом. Схема проветривания выработок – прямоточная.

Подготовка уклонной части шахтного поля производится путем проведения по нижней границе шахтного поля штреков для вентиляции, водоотлива и вспомогательных операций. Штреки соединяются с углубленным до нижней границы шахтного поля вспомогательным стволом посредством вентиляционного квершлага, специально пройденного для этих целей.

 

 

1 – квершлаг; 2 – главный штрек; 3 – пластовый штрек; 4 – вентиляционный ходок; 5 – конвейерный бремсберг; 6 – разрезные печи; 7 – ствол; 8 – квершлаг; 9 – штрек; 10 – короткий квершлаг

Рисунок 1.4 – Погоризонтная подготовка шахтного поля

 

1.3.3 Погоризонтная подготовка для групповой отработки пластов (рис.1.5)

При отработке сближенных пластов пластовые выработки одного из пластов используются для совместной отработки посредством групповых бремсбергов (уклонов) и гезенков. Групповые сборные выработкипроводятся при этом полевыми. Они соединяются с пластовыми гезенками или квершлагами. Гезенки используются только для передачи углепотока с верхнего пласта на групповую выработку, а квершлаг – для проветривания, вспомогательных операций и передвижения людей.

1 – вспомогательный ствол; 2 – главный ствол; 3 – полевой конвейерный штрек; 4 – вентиляционный штрек; 5 – групповой полевой сборный уклон; 6 – пластовые сборные бремсберги; 7 – гезенк

Рисунок 1.5 – Погоризонтная подготовка с групповым полевым уклоном

1.3.4 Область применения погоризонтной подготовки

- α ≤ 12⁰, в перспективе – до 18⁰;

- пласты со сложной гипсометрией, когда при других способах подготовки невозможно выдержать постоянство длины лавы;

- пласты с высокой газообильностью и водообильностью; в первом случае используется отработка по падению (метан, будучи легче воздуха, поднимается в выработанное пространство лавы), во втором – по восстанию (вода стекает в выработанное пространство);

- наличие нарушений, направленных по падению пласта.

Применение этой подготовки позволяет также (достоинства):

- упростить подготовку шахтного поля и схему транспорта угля в шахте;

- уменьшить удельную протяженность и объем проводимых выработок по подготовке шахтного поля;

- уменьшить поступление метана в рабочее пространство лавы из выработанного, сократить приток воды в призабойное пространство, увеличить безопасность работ, особенно на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Недостатки погоризонтной подготовки:

- ограниченность области применения по углу падения пластов (до 12⁰);

- сложности в организации вспомогательного транспорта (материалов, людей, оборудования) по длинным наклонным выработкам.