Способи підготовки шахтних полів

 

Як вказувалось у підрозділі 1.2.2, при розробці пластових родовищ шахтне поле поділяється на окремі, досить великі частини: поверхи, панелі (блоки) та окремі горизонти зі стовпами за підняттям або падінням пласта (рис. 1.8). У свою чергу кожна з цих частин може бути поділеною на ще менші частини – виймальні поля, кожне з яких відпрацьовують окремою лавою. Виймальне поле обмежене з одного боку лавою, з протилежного – бремсбергом (капітальним, панельним чи проміжним), з двох інших – відкотним (конвеєрним) і вентиляційним штреками. На рис 1.5, а, праве крило першого поверху має одне виймальне поле, ліве – чотири.

Порядок відпрацювання виймального поля може бути прямим або зворотним. У першому випадку відпрацювання починається від бремсберга у напрямку до межі виймального або шахтного поля (рис. 1.5, а). При зворотному порядку спочатку проводять виймальні штреки до кінця поля, там нарізають лави, які відпрацьовують у напрямку відповідних бремсбергів, квершлагів або головних штреків (рис. 1.8, а–е).

Якщо основні підготовчі виробки проводять по робочому пласту, то таку підготовку називають пластовою. Якщо ж ці виробки проводять по пустих породах або по прошарках, то це вже польова підготовка. У першому випадку охорона виробок, пройдених вузьким ходом (бремсбергів, похилів, штреків), здійснюється здебільшого ціликами, при проведенні цих виробок широким ходом (вибоєм) – бутовими смугами.

При значних строках експлуатації підготовчих виробок (більше 8…10 років), особливо при наявності нестійких вміщуючих порід, а також на великих глибинах, на підтримання, ремонт виробок потрібні значні кошти, сума яких може перевищувати вартість проведення цих виробок. У таких випадках бремсберги, похили, головні, погоризонтні штреки проводять по стійких породах, періодично з’єднуючи їх з виймальними штреками. При польовій підготовці виймання пласта може здійснюватись без залишення охоронних ціликів, що суттєво зменшує втрати підготовлених запасів корисної копалини.

Повне виймання пласта передбачається як обов’язковий захисний засіб при відпрацюванні пластів, небезпечних за самозагорянням, за раптовими викидами і гірськими ударами. Для підвищення стійкості виробок на великих глибинах застосовують попередню відробку пласта над майбутніми польовими виробками.

Недоліком польової підготовки є значний вихід пустих порід, значні попередні витрати на проведення виробок, на транспортування та видачу породи з шахти.

Якщо увесь комплекс підготовчих виробок проводиться окремо для кожного з пластів, то таку підготовку називають індивідуальною. При цьому самі виробки можуть бути як пластовими, так і польовими.

При груповій підготовці основні підготовчі виробки проводять для загального використання при відробці цілої групи (світи) пластів. У цьому випадку, наприклад, одна група бремсбергів, проведених по одному з пластів або польовими, може обслуговувати два–три близько розташованих пласти. На крутому падінні немає необхідності підтримувати усі відкотні штреки, досить підтримувати один з них (груповий), а інші “гасити“, попередньо з’єднавши їх з груповим штреком проміжними квершлагами.

 

2.2.1. Поверховий спосіб підготовки

 

Поверховий спосіб підготовки відносно простий і при застосуванні суцільних систем розробки має невеликий строк здачі шахти в експлуатацію, незначні капітальні витрати і застосовується у двох варіантах:

– для підготовки пластів з кутами нахилу до 25...35 градусів з застосуванням капітальних бремсбергів і похилів (рис. 1.8, а; 1.5, а), з розмірами шахтного поля у напрямі простягання до 4...5 км. Похила висота поверху для пологих і похилих пластів знаходиться в межах 200...450 м залежно від довжини лав і наявності підповерхів;

– для пластів з кутами нахилу більше 25...35 градусів з застосуванням схеми розкриття вертикальними стволами та поверховими квершлагами. У цьому випадку відпадає потреба у проведенні бремсбергів і похилів (рис. 1.8, б; 1.7, е). Вертикальна висота поверхів при відпрацюванні горизонта постійна і для крутопадаючих пластів становить здебільшого до 100...120 м, похила висота – 120...135 м. Приклад поверхової підготовки пласта, розкритого похилими стволами наведено на рис. 2.1.

Відпрацювання поверхів у всіх випадках починають з верхнього, першого. Другий поверх має бути підготовленим до кінця відпрацювання першого. У випадках із зворотним порядком відпрацювання поверхів з погашенням виймальних штреків наступний поверх готують в шаховому порядку, тобто третій, п’ятий, а потім відпрацьовують другий, четвертий.

Після відпрацювання бремсбергової частини поля приступають до виймання пластів в похиловій частині, починаючи з верхнього поверха. Похили проводять спочатку на довжину одного–двох поверхів, а в міру відпрацювання поверхів їх періодично поглиблюють.

При сумісній розробці двох пологих пластів капітальні бремсберги і похили потрібно проводити по одному пласту, переважно нижньому (рис. 1.7, г). Верхній пласт підготовлюють шляхом проведення поверхових відкотного і вентиляційного квершлагів. При невеликій відстані між пластами відкотний і вентиляційний штреки можна підтримувати тільки по одному з пластів – як групові, а на другий пласт необхідно періодично проводити проміжні квершлаги, погашаючи решту штреків.

Суттєвим недоліком поверхової підготовки, особливо при невеликій кількості пластів, є незначний фронт очисних робіт. Цей недолік в значній мірі можна компенсувати шляхом поділу поверху на два або три підповерхи. При кутах нахилу більше 25 градусів замість проміжних бремсбергів успішно використовують скати.

 

2.2.2. Панельний спосіб підготовки

 

Панельний спосіб підготовки знайшов застосування при підготовці горизонтальних і пологих пластів з кутами падіння до 18, рідше до 25 градусів і розмірами у напрямі простягання від 4...5 до 7...8 км, а також на пластах зі змінними кутами падіння.

Розміри панелі у напрямі простягання дорівнюють 2...3, рідше 4 км, за падінням 0,8...1,2 км. Кількість панелей за простяганням пласта знаходиться в межах 2...4, за падінням 2 (рис. 1.8, в) або 3. В останньому випадку дві верхні панелі – бремсбергові, а третя (нижня) – похилова. Розташування підготовчих виробок в межах бремсбергової панелі для одного з варіантів підготовки показано на рис. 2.2. Крім вказаного варіанту панельного способу підготовки застосовують також варіанти з використанням просіків замість штреків 7, як показано на рис. 2.2; панельний конвеєрний бремсберг 3 також часто проводять до рівня ярусного штрека 8.

 

Рис. 2.2. Панельна підготовка шахтного поля: 1, 2 – головний відкотний і вентиляційний штреки; 3–5 – панельні бремсберги; 6 – посадочна площадка; 7, 8, 9 – конвеєрний, допоміжний і вентиляційний ярусні штреки; 10 – розрізна піч; 11 – вентиляційний ствол; 12 – лава

На газових шахтах при розробці пластів з кутами нахилу більше 10 градусів застосовують висхідний напрям руху відпрацьованого повітря з використанням вентиляційних стволів 11 (рис. 2.2). У цьому випадку при електровозній відкатці корисної копалини головний вентиляційний штрек 2 може бути відсутнім.

Для негазових і небезпечних за метаном шахт з кутами нахилу до 10 градусів можна застосувати схеми провітрювання через головний і допоміжний стволи без вентиляційних стволів чи шурфів.

Як і для поверхового способу підготовки при відробці світи зближених пластів застосовують групову підготовку, інколи з поділом яруса на під’яруси. При наявності близько розташованих пластів (на відстані до 50…100 м) групування їх здійснюється на горизонті ярусних штреків (рис. 2.3, а).

 

Рис. 2.3. Групування пластів при панельній підготовці: а – на рівні ярусних штреків; б – на рівні головних штреків; 1, 2 – головні і допоміжні стволи; 3, 4 – головні штреки; 5, 6 – панельні відкоті та вентиляційні квершлаги; 7 – панельні бремсберги 8, 8^1 – ярусні відкотний (конвеєрний) і вентиляційний квершлаги; 9, 10 – ярусні конвеєрний і вентиляційний штреки; 11 – лава; 12 – вентиляційні стволи

 

 

У цьому випадку головні штреки 3 і 4, панельні бремсберги 7 проводять по одному з пластів, найчастіше по нижньому, а при слабких вміщуючих породах – польовими. Розкриття другого пласта (або другого і третього) здійснюють за допомогою ярусних квершлагів 8 і 8¹, від яких проводять ярусні конвеєрний 9 і вентиляційний 10 штреки.

При значній відстані між пластами, а також у випадках, коли пропускна здатність бремсбергів по видачі корисної копалини або повітря недостатня, застосовують групування на горизонті головного відкотного штрека (рис. 2.3, б). Від головного відкотного або відкотного і вентиляційного штреків проводять панельні (проміжні) квершлаги 5 і 6, бремсберги ж проводять по кожному з пластів.

Можливий і третій варіант підготовки – без групування головних штреків. У цьому випадку в районі приствольного двору розташовують капітальні квершлаги, від яких по кожному з пластів проводять головні штреки, а потім і панельні бремсберги.

Для відпрацьованого струменя повітря з бремсбергової частини газових шахт найчастіше використовують вентиляційні стволи або шурфи. Кожен з таких стволів обслуговує окрему панель або окремий пласт.

Панельний спосіб підготовки порівняно з поверховим має такі переваги:

– можливість забезпечення значного фронту очисних робіт, а отже і значної продуктивності шахти;

– кращі умови для застосування конвеєрного транспорту;

– значно менший обсяг підтримання підготовчих виробок і витрат на їх підтримання.

Недоліками панельного способу підготовки є:

– необхідність проведення і експлуатації значної кількості похилих виробок 3 (бремсбергів і похилів);

– ускладнення схеми провітрювання шахти;

– більш високі попередні капітальні витрати при будівництві шахти.

При підготовці горизонтально залягаючих пластів з кутами нахилу 0...2 градуси необхідність в проведенні панельних бремсбергів відпадає. Замість них проводять два панельних штреки з застосуванням електровозної відкатки або ж конвеєрного транспорту для вугілля і електровозного – для усіх інших потреб. У такому випадку більшість недоліків панельного способу підготовки, вказаних вище, відпадає.

 

 

2.2.3. Погоризонтний спосіб підготовки

 

Суть цього способу полягає в тому, що шахтне поле в межах горизонту в напрямку падіння поділяють на виймальні дільниці (стовпи). В кожній з дільниць розміщують одну–дві лави, які відпрацьовують у напрямку падіння або підняття. При відсутності притоку води в очисні вибої застосовують найбільш простий варіант цього способу – з вийманням лавами у напрямку падіння і підняття (рис. 1.8, г).

При наявності води в очисних вибоях застосовують більш складний варіант підготовки з проведенням відкотного і конвеєрного штреків вдовж верхньої межі горизонту. Виймання в лавах проводиться тільки у напрямку підняття. При відробці нижньої частини поля в межах горизонту проводять нижній дренажний штрек. Розміри виймальних стовпів приймаються в залежності від гірничо-геологічних умов в межах 1000...2000 м, інколи до 3000 м. Підготовка пласта починається з проведення головних штреків, один з яких, або і обидва можуть бути польовими. Від цих штреків проводять виймальні хідники – конвеєрний і вентиляційний. При спусканні корисної копалини конвеєрні хідники називають ще конвеєрними бремсбергами, а при підніманні – конвеєрними похилами. При незначних кутах нахилу їх інколи називають штреками.

Область застосування погоризонтного способу підготовки – пологопадаючі пласти з кутами нахилу до 10, зрідка до 12 градусів.

При відробці зближених пластів їх групують з передачею корисної копалини на нижній головний відкотний (конвеєрний) штрек. У такому випадку відкотний штрек 4 по верхньому пласту може використовуватись тільки для допоміжних операцій і для подачі свіжого повітря (рис. 1.8, г), якщо в цьому є потреба.

Застосування цього способу підготовки дозволяє:

– спростити схему підготовки і схему транспортування корисної копалини; зменшити протяжність виробок;

– забезпечити постійну довжину лави, що особливо важливо при застосуванні механізованих виймальних комплексів при неспокійному заляганні пласта;

– забезпечити значний фронт робіт.

Недоліками способу є ускладнення доставки матеріалів, обладнання і породи при проведенні виймальних хідників, при експлуатації лав.

 

2.2.4. Блоковий спосіб підготовки

Цей спосіб підготовки по суті є варіантом панельного або погоризонтного способів підготовки, коли кожна панель (рис. 1.8, е) або певна частина поля при погоризонтній підготовці (рис. 1.8, д) має автономне провітрювання.

Поділ шахтного поля на блоки (секції) дає можливість суттєво збільшити кількість одночасно працюючих лав, а отже і потужність шахти. На глибоких шахтах, де має місце значна тепловіддача порід у виробку, поділ шахти на блоки дозволяє значно скоротити шлях свіжого повітря з поверхні до вибоїв, суттєво зменшити підігрівання повітря.

Видобуту корисну копалину, а також породу транспортують до головного стволу, розташованого в центральному блоці, і видають на поверхню.

Доцільність поділу шахти на блоки, оптимальний розмір блоків, їх кількість, оптимальна потужність блока і шахти визначають на підставі відповідних розрахунків. У більшості випадків оптимальний розмір блоків у напрямку простягання знаходиться в межах 2,5...4 км, по падінню біля 1.8...2.5 км. Поділ шахти на блоки доцільно робити при розмірах шахтного поля у напрямку простягання (залежно від величини метановиділення) більше 6...8 км. Одночасно ведуть відробку найчастіше в двох, рідше – в трьох або одному блоці. Кількість панелей в блоці – одна або дві.

 

2.2.5. Комбіновані способи підготовки

 

При зміні гірничо-геологічних умов (кута нахилу, газоносності), при реконструкції шахт, зміні технології видобутку в межах шахти або горизонту переходять від одного способу підготовки на інший. При виположенні пластів (наприклад, з 18...15 до 10...4 градусів) верхню частину шахтного поля можуть відробляти із застосуванням поверхового або панельного способів підготовки, нижню – погоризонтного.

При неглибокому заляганні пологих пластів поверховий спосіб підготовки верхньої частини поля з застосуванням похилих стволів досить часто комбінували з панельним – для нижньої (похилової) частини поля.

При необхідності суттєвого збільшення потужності шахти (при реконструкції) нижню частину шахтного поля можуть поділяти на незалежно провітрювані блоки.