ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ Лекция 12.
Под системой разработки угольных месторождений понимается определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах выемочного поля, участка, столба, увязанных в пространстве и во времени. Условия залегания угольных месторождений весьма разнообразны, поэтому выбор системы разработки зависит от ряда геологических, технических и организационных факторов, определяющих эти условия.
Основные факторы, влияющие на выбор систем разработки угольных месторождений: форма залегания пластов в недрах, их мощность, угол падения, строение; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и водоносность месторождения; склонность пластов к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа и самовозгоранию; расстояние между смежными пластами угля; глубина разработки; способы и средства механизации производственных процессов в очистных и подготовительных выработках; календарный план развития горных работ; порядок отработки пластов; форма организации работ в очистной выработке и др.
Классификация систем разработки угольных месторождений
ТАБЛИЦА. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ СИСТЕМ РАЗРАБОТК И
СТОЛБОВАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ. Эти системы разработки характеризуются независимым ведением очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля. На момент начала очистной выемки все подготовительные выработки, соединяющие забой с системой откаточных и вентиляционных выработок шахты, должны быть проведены на всю длину. Подготовительные выработки располагаются в нетронутом массиве угля, а те их участки, которые в результате очистных работ оказываются в выработанном пространстве, как правило, погашаются, и только в редких случаях одна из выработок поддерживается для вентиляции или повторного ее использования. Столбовые системы разработки применяются при различных схемах подготовки шахтных полей — этажной, панельной и погоризонтной и имеют в каждом случае характерные особенности. При ориентировании лавы по простиранию часть пласта, подготовленная к выемке, может разрабатываться на всю длину этажа или яруса, но в ряде случаев более целесообразно деление этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы). Обычно этаж (ярус) делят на два под-этажа (подъяруса). При этом отработка верхних подэтажей (подъярусов) осуществляется с опережением нижних на 20 -30 м. При отработке выемочных полей длинными столбами по падению (восстанию) в каждом выемочном участке может быть расположена одинарная или спаренные лавы.
Очистные забои при столбовых системах имеют прямолинейную форму, однако при разработке крутых пластов с использованием отбойных молотков забоям придают потолкоуступную или почвоуступную форму. Направление движения очистного забоя при столбовых системах разработки ориентируют по падению, восстанию, простиранию или диагонально к линии простирания пласта. При столбовых системах разработки отбитый уголь транспортируют в направлении движения забоя, так как все подготовительные выработки расположены впереди лавы. Столбовые системы разработки широко используются во всех без исключения угольных бассейнах на тонких и средней мощности угольных пластах. При углах падения до 10° рекомендуются системы разработки длинными столбами по падению (восстанию), а при больших углах — длинными столбами по простиранию. На крутых пластах следует применять систему разработки длинными столбами по простиранию или столбами по падению со щитовыми перекрытиями.
Система разработки длинными столбами: 1 — панельный бремсберг; 2 — ходки; 3 — ярусный конвейерный штрек; 4 — ярусный вентиляционный штрек; 5 — приемноотправительная площадка; 6 — разрезная печь; 7 — лава; I—IV — этапы развития горных работ в пределах выемочного участка
Достоинства столбовых систем разработки: хорошее состояние выемочных выработок, поддерживаемых в массиве угля или в зоне установившегося горного давления, и малые затраты на их поддержание; исключение взаимных помех в работе по проведению выемочных выработок и очистной выемки; это позволяет эффективно использовать высокопроизводительную технику для очистных и подготовительных работ; детальная разведка пласта в период подготовки столбов об условиях его залегания, возможность своевременного выявления геологических нарушений и принятия необходимых мер при пересечении их очистными забоями или подготовка новых забоев за нарушениями; возможность погашения выемочных выработок частями по мере подвигания очистных забоев, что обеспечивает регулярность извлечения металлической крепи; при возникновении пожара от самовозгорания оставшегося в выработанном пространстве угля возможность заизолировать его возведением герметичных перемычек в выемочных выработках, пройти новую разрезную печь и продолжить очистные работы без длительных перерывов.
Недостатки столбовых систем разработки следующие: проведение большого объема подготовительных выработок до начала очистных работ, что удлиняет срок ввода шахты в эксплуатацию; трудность проветривания подготовительных забоев в период проведения выработок; ограничение нагрузки на лаву по газовому фактору, особенно на весьма газоносных пластах; необходимость поддержания подготовительных выработок как в период их проведения, так и во время производства очистных работ. При пучащих почвах это приводит к большим расходам на их поддержание. Системы разработки длинными столбами имеют следующие разновидности: без разделения этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы); с разделением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы); по падению (восстанию).
Системы разработки длинными столбами лава-этаж (лава-ярус) При этих системах разработки в пределах этажа (яруса) по падению пласта размещается одна лава. Подготовка этажа может осуществляться пластовыми или полевыми выработками.
Столбовая система разработки лава-этаж: а — при пластовой подготовке одиночного пласта; б — при разработке двух сближенных пологих пластов; 1 — этажный откаточный штрек; 2 — этажный вентиляционный штрек; 3 — разрезная печь; 4 — сбойка; I — IV — этажи
Область применения системы — пологие и наклонные пласты мощностью от 0, 6 до 2, 5 м, любой газоносности, с породами кровли от средней устойчивости до устойчивых. Достоинства данной системы разработки по сравнению со сплошной заключаются в уменьшении расходов на поддержание штреков, отсутствии утечек воздуха между этажными (ярусными) штреками, доразведке пласта, простоте схем транспорта и вентиляции. Недостатками являются значительные затраты времени на подготовку этажа (яруса); частая поддирка почвы при пучащих боковых породах; большой объем подготовительных работ.
СПЛОШНЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ Сущность сплошных систем разработки состоит в одновременном ведение очистных и подготовительных работ в выемочном поле (участке, столбе), при этом лава и забои подготовительных выработок движутся в одном направлении, как правило, от бремсбергов, уклонов или промежуточных квершлагов к границам выемочного поля (участка, столба). Принципиальная сущность сплошных систем определяет ряд важных особенностей, главными из которых являются: обеспечение постоянного динамического равновесия между очистными и подготовительными работами; поддержание выработок позади очистного забоя в зонах интенсивного влияния опорного давления. Сплошные системы разработки могут применяться при любой схеме подготовки: этажной, панельной и погоризонтной. В зависимости от размеров выемочного поля по падению пласта в пределах этажа или яруса могут быть одна-две лавы. Сплошные системы разработки делятся на системы лава-этаж (ярус) и системы с делением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы).
Областью применения сплошных систем разработки являются в основном тонкие пласты и реже пласты средней мощности с любыми углами падения, сверхкатегорные по газу и склонные к внезапным выбросам угля и газа, пласты с пучащими породами почвы, с породами кровли, позволяющими проводить и поддерживать выработки в зоне влияния выработанного пространства. Достоинствами этих систем разработки являются: быстрый ввод очистных выработок в работу; малые первоначальные затраты на подготовку участка; небольшой длины тупиковые выработки, что особенно важно при разработке весьма газоносных пластов. Недостатки: сложность поддержания выемочных выработок, подвергающихся влиянию очистных работ, и в этой связи большие затраты на их ремонт; отсутствие предварительной разведки пласта подготовительными выработками, а отсюда опасность неожиданной встречи с геологическими нарушениями; очистные и подготовительные работы не разделены во времени и пространстве, что приводит к организационным помехам; ограничение нагрузки на забой по газовому фактору.
Сплошная система разработки лава-этаж.
При системе разработки лава-этаж один сплошной прямолинейный забой (лава) в этаже расположен по линии падения пласта или под небольшим углом к ней (рис. а) При разработке пластов на больших глубинах и в тех случаях, когда пласт подвержен суфлярным выделениям метана или внезапным выбросам угля и газа, забой штрека по углю является общим с лавой (рис. б)
Область применения системы — тонкие и средней мощности пласты при отсутствии геологических нарушений с легкообрушаемой кровлей. Основными достоинствами сплошной системы лава-этаж (лава-ярус) являются минимальный объем опережающих подготовительных выработок и простота схемы вентиляции. Недостатки заключаются в поддержании штреков в выработанном пространстве, небольшой нагрузке на пласт, трудности проветривания при завалах лав, что усложняет работу по их восстановлению, отсутствии предварительной разведки условий залегания пласта.
Сплошная система разработки лава-ярус: 1 — главный откаточный штрек; 2 — ходки; 3 — ярусный конвейерный штрек; 4 — главный вентиляционный штрек; 5 — ярусный вентиляционный штрек; 6 — панельный бремсберг
СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С КОРОТКИМИ ЗАБОЯМИ. КАМЕРНАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ К группе систем разработки с короткими забоями относят системы, длина очистных забоев которых не превышает 20 м. При применении этих систем все процессы очистной выемки упрощаются, в результате чего значительно увеличивается скорость подвигания забоев. Эти обстоятельства позволяют достичь высокой нагрузки на пласт. Вместе с тем системы разработки с короткими забоями имеют недостаток — большие потери угля в недрах. Можно выделить следующие виды систем разработки с короткими очистными забоями: камерные; короткими столбами и др.
При камерных системах разработки основным элементом системы является камера. Выемка камер производится прямым ходом, обратным или перпендикулярно к длинной оси камеры (поперечная выемка). Они располагаются по простиранию, падению (восстанию) и диагонально и крепятся с использованием штанговой крепи, так как поддержание кровли осуществляется целиками угля или породы кровли совсем не крепятся. Таким образом, угольные целики — второй важный элемент камерных систем разработки.
Порядок отработки камер: а — прямым ходом; б — обратным ходом; в — поперечная выемка
Камерная система разработки: 1 — горловина; 2 — главный штрек; 3 — междукамерные вентиляционные сбойки; 4 — междукамерный целик; 5 — камера
При камерной системе от главных или панельных штреков вначале проводят так называемые горловины — узкие выработки шириной 2 м и длиной 3 -5 м. Далее выработку расширяют до 4 -12 м (принятая ширина камер). Очистной забой камеры подвигают до границы шахтного поля, этажа или панели. Между камерами оставляют междукамерные целики шириной 3 -5 м. При определенном для конкретных горногеологических условий соотношении ширины камер и целиков полностью исключается или уменьшается объем работ по креплению. Для поддержания кровли в камерах часто применяют штанговую крепь. Камеры можно проводить перпендикулярно к главным или панельным штрекам и под некоторым углом к ним. Для последовательной вентиляции камер их сбивают сбойками. Уголь в самоходных вагонах доставляется на сборный участковый штрек и разгружается на ленточный конвейер, которым он транспортируется к панельному штреку для погрузки в вагонетки. Одним из эффективных методов подземной разработки угольных месторождений в США считается непрерывная выемка с применением угольных комбайнов. Комбайны в камерах работают при углах падения пластов до 10°. Для крепления очистных камер применяют штанговую крепь.
Достоинством камерных систем разработки является большая производительность при отработке камер и простота способа управления горным давлением. К недостаткам камерных систем разработки относятся большие потери угля (в некоторых случаях достигающие 50 %), опасность эндогенных пожаров, для борьбы с которыми приходится производить закладку или заиливание выработанного пространства, и в ряде случаев сложные условия проветривания забоев очистных и подготовительных выработок.
Камерно-столбовая система разработки является комбинацией камерных и столбовых систем. Вначале проводят камеры, которыми нарезают междукамерные столбы, отрабатываемые обратным порядком. В связи с этим при камерно-столбовых системах разработки используются два типа забоев: камеры и заходки. Из забоев камер добывают 25— 50 %, а из заходок, погашающих столбы, — 50— 75 % извлекаемого угля. Целики обычно извлекаются не полностью, но потери при камерно -столбовой системе разработки, как правило, меньше, чем при камерной, и составляют 25— 30 %, а в отдельных случаях 12— 18 %. При камерно-столбовой системе разработки, когда ширина камер составляет 4— 12 м, ширину междукамерных целиков принимают равной 4— 15 м. Проведение камер начинают с горловины. При двустороннем расположении камер их длина равна 80— 100 м. Таким образом, камерами нарезают длинные столбы, которые затем вынимают обратным ходом на всю его ширину или отдельными заходками. В последнем случае теряется больше полезного ископаемого и не устраняется опасность возникновения эндогенных пожаров.
Уголь в камерах и столбах вынимают буровзрывным и механическим способами. По мере выемки в камерах со стороны горловины наращивают конвейер, который используют и при выемке столбов. Ширина камер зависит от горного давления. Область применения — горизонтальные и пологие пласты мощностью 1, 5— 3, 0 м с относительно устойчивыми породами кровли, не склонными к горным ударам, и низкой газоносностью. Достоинством камерно-столбовой системы разработки по сравнению с камерной является сокращение потерь угля. Недостатком следует считать более низкую производительность труда.
Камерно-столбовая система разработки 1 - камеры; 2 - заходка; 3 - вентиляционный штрек; 4 - бремсберг; 5 - откаточный штрек
СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ С РАЗДЕЛЕНИЕМ НА СЛОИ Пласты, выемка которых затруднительна сразу на всю мощность, разделяют на отдельные слои. Существует несколько способов расположения слоев: наклонные слои, расположенные параллельно плоскости напластования; поперечно-наклонные слои, расположенные с наклоном около 30° между висячим и лежачим боками пласта; горизонтальные слои, ограниченные горизонтальными плоскостями. При слоевой выемке слои в пласте могут отрабатываться в нисходящем (восходящем) или комбинированном порядке. Нисходящий порядок предполагает первоначальную выемку верхнего слоя, а затем — нижележащих слоев. При восходящем порядке выемка слоев производится, начиная с нижнего слоя. Выбор того или иного порядка, высоты отдельных слоев зависит от физико-механического состава и свойств вмещающих пород и угля, мощности и угла падения пласта.
Схема деления мощного пласта на слои: а — наклонные; б — горизонтальные; в — поперечно-наклонные
Скачать презентацию ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Лекция 12. Системы разработки шахтного поля.pptx