Способи розкриття шахтних полів

 

2.1.1. Поняття про розкриття, класифікація способів розкриття

 

Під способом розкриття розуміють проведення взаємоув’язаного комплексу гірничих виробок, який відкриває доступ з поверхні до пластів і забезпечує подальше проведення підготовчих виробок. Замість поняття “спосіб розкриття“ вживають також споріднене поняття “ система розкриття ”. Під схемою розкриття розуміють, зазвичай, графічне зображення способу або системи розкриття, а інколи під цим поняттям розуміють і сам спосіб розкриття.

На вибір того чи іншого способу розкриття впливають геологічні, гірничотехнічні та економічні чинники, серед них: кількість, кут падіння і потужність пластів, розмір і форма шахтного поля, глибина розробки, фізико-механічні властивості вміщуючих порід, газоносність корисної копалини, потік води, потужність шахти, система розробки, капітальні витрати, собівартість, рентабельність.

Класифікацію способів розкриття проводять за чотирма основними ознаками: типом головних розкривних виробок, кількістю пластів, наявністю допоміжних розкривних виробок і кількістю горизонтів, з яких піднімають корисну копалину.

Залежно від типу головних розкривних виробок розрізняють способи розкриття: вертикальними стволами; похилими стволами; штольнями; комбінацією цих способів (рис. 1.7).

За кількістю пластів, які розкривають головними розкривними виробками, розрізняють способи розкриття окремо розташованого пласта і способи розкриття світи пластів.

Залежно від наявності допоміжних розкривних виробок способи підготовки бувають: без додаткових розкривних виробок (рис. 1.7, б, ж, з) і з додатковими горизонтальними розкривними виробками: капітальним квершлагом 4, погоризонтними квершлагами 6, поверховими квершлагами 5, та з додатковими гезенками 7, (відповідно позиції в, є, е, д на рис. 1.7).

За кількістю горизонтів, з яких підіймають корисну копалину, способи підготовки поділяють на одногоризонтні й багатогоризонтні. В першому випадку весь об’єм добутої корисної копалини передають на один горизонт і звідти – на поверхню. В другому випадку підйом корисної копалини здійснюють з двох і більше горизонтів.

 

2.1.2. Способи розкриття пластів похилими стволами

 

Способи розкриття похилими стволами знайшли застосування при неглибокому заляганні пластів з кутами нахилу 6…25 градусів з розмірами шахтного поля за простяганням 4...4,5 км і падінням – до 2,5 км. Розкриття проводиться трьома похилими стволами: головним, допоміжним і людським (рис. 2.1) з відстанню між ними не менше 30 м.

Головний ствол при кутах нахилу до 16…18 градусів обладнують стрічковими конвеєрами, при більших кутах – скіпами з канатним підйомом. Довжина похилого стволу в останньому випадку не перевищує 1000…1200 м.

Допоміжний похилий ствол обладнується кінцевою канатною відкаткою і використовується для спуску–підйому матеріалів, обладнання, підйому породи, для подачі свіжого повітря (рис. 2.1).

Людський похилий ствол обладнують спеціальними вагонетками для транспортування людей і використовують як вентиляційний – для відпрацьованого струменю повітря. Цей ствол за допомогою каналу вентилятора, а інколи і шурфа з’єднується з головною вентиляційною установкою. Ствол обладнується також східцями та перилами для виходу шахтарів на поверхню в аварійних ситуаціях.

При проведенні стволи періодично з’єднують збійками. Від стволів по обидва боки нарізають відкотні і вентиляційні поверхові штреки, проводять обхідні виробки, а на горизонті відкотних штреків кожного поверху – приствольні двори. При відробці поверху прямим ходом розрізну піч між відкотним і вентиляційним штреками проводять на відстані 40…50 м від стволів, в печі монтують конвеєр, механізоване кріплення, комбайн і починають відробку лави.

До закінчення відробки першого поверху необхідно виконати підготовку другого: поглибити стволи, пройти камери приствольних дворів, пройти поверхові штреки, нарізати нові лави. Для підготовки нижньої частини шахтного поля проводять три капітальні похили 8, 9, 10 (рис. 2.1).

 

 

Рис. 2.1. Схема розкриття похилими стволами з поверховою підготовкою:

1, 2, 3 – відповідно головний, допоміжний і людський похилі стволи;

4, 5 – вентиляційний і відкотний поверхові штреки; 6, 7 – обхідні виробки;

8, 9, 10 – конвеєрний, допоміжний і людський капітальні похили;

11 – головний відкотний штрек

Для розкриття світи похилих пластів, похилі стволи слід проводити по нижньому пласту при наявності там стійких порід, які вміщують корисну копалину, а при їх відсутності стволи краще провести по одному із верхніх пластів або по стійких пустих породах під нижнім пластом. Останній варіант використовують для головного стволу і у випадках, коли кут падіння пластів перевищує 16…18 градусів. При цьому ціликів над похилими стволами не залишають.

При незначній відстані між пластами (до 50...100 м), при кутах падіння більше 7...8 градусів розкриття другого пласта краще зробити за допомогою поверхових квершлагів. У цьому випадку при наявності похилих стволів бремсберги не потрібні (рис. 1.7, а), а при розкритті вертикальними стволами їх проводять тільки по одному з пластів (рис. 1.7, г). При значній відстані між пласта ми розкриття другого, далеко розташованого пласта, слід виконати за допомогою капітального квершлага або похилих квершлагів, а бремсберги провести по верхніх пластах (рис. 1.7, в).

Похилими стволами можуть бути розкриті й горизонтальні або малопохилі пласти, якщо вони залягають на невеликій глибині (до 60…100 м) при сприятливих гідрогеологічних умовах (рис. 1.7, б).

 

2.1.3. Способи розкриття вертикальними стволами

 

Розкриття шахтних полів вертикальними стволами знайшло найбільш широке застосування в практиці шахтобудування в Україні в зв’язку з переходом розробки на більш глибокі горизонти.

Одногоризонтні системи розкриття вертикальними стволами застосуються на пластах з кутами нахилу до 35 градусів і розмірами шахтного поля за падінням до 2,0...2,5 км, коли пласт можна поділити на дві частини – бремсбергову і похилову. В цьому випадку на рівні основного горизонту проводять приствольні двори. Стволи ж проводять нижче основного горизонту: головні – на 20…40 м з метою розміщення там завантажувальних пристроїв для скіпів, і допоміжні – на 7 м для збирання води (зумпфи), що стікає по стінках стволу.

Від стволів проводять головні штреки, довжина яких залежить від способу підготовки шахтного поля. Потім від цих штреків проводять капітальні або панельні бремсберги – по три для кожної панелі. Бремсберги закінчуються камерами. В камерах конвеєрних бремсбергів розташовують натяжну головку стрічкових конвеєрів, а в камерах допоміжних і людських бремсбергів (хідників) – лебідки для кінцевої відкатки. Від бремсбергів на поверхові (ярусні) штреки роблять заїзди, а далі ведуть підготовку пласта до виймання.

Перевагою одногоризонтних способів розкриття є відносно невеликий об’єм гірничих виробок, оскільки один приствольний двір з камерами обслуговує шахту протягом усього строку її експлуатації. Але ця група способів розкриття не може бути ефективною при значній відстані між пластами та при значних розмірах шахтного поля за падінням.

При розмірі шахтного поля за падінням більше 2,5 км, необхідно приймати багатогоризонтну систему розкриття. Приствольні двори в цьому випадку необхідні на кожному горизонті (пласті). Якщо розміри шахтного поля за падінням не перевищують 2,4...2,5 км, то можна обійтись без додаткових розкривальних виробок (рис. 1.7, в).

Системи розкриття з капітальними або погоризонтними квершлагами передбачають, як правило, застосування бремсбергів і похилів. Довжина конвеєрних бремсбергів і похилів практично не лімітується, а допоміжні похилі виробки з канатною відкаткою надійно працюють переважно до 30…35 градусів при максимальній довжині до 1000…1200 м. Тому при кутах падіння більше 30…35 градусів переходять на способи розкриття вертикальними стволами і поверховими квершлагами (рис. 1.7, е). У цьому випадку відпадає необхідність східчастого транспорту з використанням бремсбергів чи похилів. Корисна копалина від вибою до стволу доставляється одним видом транспорту – локомотивним. Цей же транспорт забезпечує також доставку породи, матеріалів, обладнання і людей. Значно спрощується і вентиляція.

Однак при таких способах розкриття різко збільшується кількість приствольних дворів, квершлагів, а отже і обсягів гірничих виробок. В експлуатації, як правило, знаходиться один горизонт, що при невеликій кількості пластів зменшує фронт очисних робіт і термін відпрацювання поверху–горизонту. Для переходу на новий горизонт спочатку поглиблюють стволи, проводять виробки приствольного двору. Перехід з поверху на поверх ускладнює роботу підйому, знижує продуктивність підйомних установок на 20 – 30 %.

Суттєвого збільшення висоти поверху, терміну його служби можна досягти шляхом поділу його на підповерхи з передачею корисної копалини з верхніх підповерхів на основний через скати.

При розкритті світи далеко розташованих пластів з використанням капітальних чи панельних бремсбергів і похилів ці виробки проводять по кожному з пластів (рис. 1.7, в, є). Якщо ж пласти розташовані близько один від одного, то капітальні чи панельні бремсберги проводять по одному з них (найчастіше по нижньому) або по пустих стійких породах, інші ж пласти розкривають поверховими чи ярусними квершлагами, по яких корисна копалина надходить до бремсберга, а далі – на капітальний чи погоризонтний квершлаг і до ствола (рис. 1.7, г).

При розкритті світи пластів з кутами до 8...10 (12) градусів при погоризонтних способах підготовки широке застосування знайшли системи розкриття з застосуванням гезенків (рис. 1.7, д). Якщо відстань між пластами значна (більше 50...120 м), то гезенки проводять тільки в районі приствольного двору. У цьому випадку транспортування вугілля по головних відкотних (конвеєрних) штреках до стволу чи капітального гезенка здійснюється по кожному пласту. При незначній відстані між пластами перепуск вугілля здійснюється по дільничих гезенках, які проводять для кожного конвеєрного хідника (штрека). Вказані варіанти цієї системи розкриття знайшли широке застосування на шахтах Львівсько–Волинського вугільного басейну і Західного Донбасу.

Для шахт, небезпечних за газом, при кутах падіння більше 10 градусів забороняється нисхідний напрям відпрацьованого (вихідного) струменю повітря, тому у верхній частині шахтного поля проходять вентиляційні стволи або шурфи (рис. 1.7, в), а при значній глибині – вентиляційні квершлаги.

При великих розмірах шахтного поля (більше 8...10 км за простяганням) шахтне поле поділяють на блоки, які мають відокремлене провітрювання. У цих випадках у кожному з блоків проводять не менше двох стволів, один з яких використовують для подачі у виробки блоку свіжого повітря, другий (вентиляційний) – для видачі відпрацьованого повітря. Кожен з блоків пов’язаний з центральним блоком за допомогою магістральних (головних) штреків (рис. 1.8, д, е). Видача корисної копалини і породи з усіх блоків здійснюється через головний ствол. Матеріали, обладнання, людей опускають–підіймають переважно через допоміжний ствол центрального блоку.

Порівняння систем розкриття вертикальними і похилими стволами дозволяє зробити такі висновки.

Перевагою способів розкриття похилими стволами є:

– можливість повної конвеєризації доставки корисної копалини від очисного вибою до поверхні;

– швидке введення шахти в експлуатацію і відносно невеликі капітальні витрати.

 

До недоліків цих способів відносяться:

– набагато більша, ніж для вертикальних стволів, довжина головних розкривальних виробок і пов’язані з цим витрати на підтримання їх;

– незначна пропускна спроможність допоміжних стволів, а при канатній відкатці – і головних;

– значний аеродинамічний опір похилих стволів.

 

2.1.4. Способи розкриття родовищ штольнями

 

В гористій місцевості зі складним рельєфом використання вказаних вище способів розкриття здійснити буває неможливо. Найпростішим способом розкриття виявляється проведення штолень (рис. 1.7, ж), кількість яких має бути не меншою двох, якщо не застосовують інших розкривних виробок. Ці штольні виконують усі функції, покладені на стволи.

Устя штольні розташовують в такому місці, щоб там можна було побудувати необхідні технічні приміщення і споруди, під’їзди: залізничні колії, шосе або підвісну канатну дорогу. Крім того, устя необхідно закладати в зоні, безпечній від затоплення паводковими та зливовими водами, безпечній від снігових лавин, каменепадів.

Головну штольню, по якій видається корисна копалина, краще розташовувати в нижній частині запасів, щоб забезпечити можливість відпрацювання їх без застосування механічного підйому, примусового водовідливу. Від місця перетину штольні з пластом проводять штреки, бремсберги або гезенки чи сліпі стволи залежно від умов залягання корисної копалини. Штольні можна ефективно використовувати для розкриття як пологих, так і крутих пластів в місцевості з відповідним рельєфом. Сама підготовка родовища (пласта чи світи пластів) може здійснюватись поверховим, панельним або погоризонтним способами.

 

2.1.5. Комбіновані способи розкриття

 

Мається на увазі комбінація основних розкривних виробок: вертикальних стволів, похилих стволів, штолень. Досить широко вживається комбінація розкриття головним похилим стволом, обладнаним конвеєрним транспортом, і допоміжним вертикальним. такі системи застосовують для горизонтальних та пологопадаючих пластів (рис. 1.7, з). використовують практично на усіх шахтах Дніпровського буро-вугільного басейну, де пласти залягають на глибині до 50...100 м.

При розкритті світи пологих пластів з кутами нахилу до 18 градусів похилий ствол проводять по нижньому пласту (якщо вміщуючі породи стійкі) або польовим. Останній варіант застосовують і для пластів з кутами нахилу більше 18 градусів. Комбінована система розкриття похилим і вертикальним стволами застосовується при реконструкції шахт Донбасу з глибиною залягання до 500...600 м.

Комбінація головного похилого ствола з допоміжним вертикальним дає змогу поєднати переваги двох попередніх способів: високу продуктивність похилого конвеєрного ствола з універсальністю і продуктивністю вертикального допоміжного, по якому здійснюється спуск–підйом людей, обладнання, матеріалів, підіймання породи. В схемах з розкриттям похилими стволами ці допоміжні функції виконують два похилі стволи: людський і допоміжний.