ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ Лекция 11

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ Лекция 11.

Подготовкой шахтного поля называют проведение основных подготовительных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающих условия для подготовки выемочных полей (столбов, участков). Подготовка шахтного поля характеризуется схемой и способом. Схема подготовки — пространственное расположение системы основных подготовительных выработок в шахтном поле, при котором оно разделяется на части, обеспечивающие условия для подготовки выемочных полей (столбов, участков). Способом подготовки называют расположение основных подготовительных выработок в шахтном поле относительно пласта, его элементов и функционального назначения выработок.

Подготовка выемочного поля (участка) при делении шахтного поля на панели заключается в проведении и оборудовании всех подготовительных выработок в ярусе, панели (при горизонтальном залегании пластов), включая проведение и оборудование ярусных штреков и разрезных печей. Подготовка выемочного поля при делении шахтного поля на этажи включает в себя работы по проведению и оборудованию всех подготовительных выработок в выемочном поле, начиная с участковых бремсбергов или уклонов и заканчивая разрезными печами. Выемочное поле (столб, участок) характеризуется определенной самостоятельной сетью горных выработок, используемых для транспортирования, проветривания и очистной выемки. Горные выработки, обслуживающие выемочные поля (столбы, участки), называют участковыми.

ВЫРАБОТКИ, ПРОВОДИМЫЕ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ По комплексу вскрывающих и подготовительных выработок транспортируется на поверхность добытый уголь, подается свежий, отводится загрязненный воздух и пр. К основным подготовительным выработкам, проводимым при подготовке шахтного поля, относят: главные (магистральные, групповые, панельные, этажные) штреки; капитальные или панельные бремсберги (уклоны) и ходки при них; промежуточные квершлаги, гезенки и др. Все подготовительные выработки, кроме капитальных бремсбергов и уклонов, периодически воспроизводятся по мере подвигания фронта очистных работ. Основные подготовительные выработки могут вести по пласту или породе. Выработки, пройденные по пласту, называют пластовыми, по породе — полевыми.

КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ И СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ Погоризонтной схемой подготовки называют пространственное расположение горных выработок, при котором шахтное поле делится по падению основными выработками на части, ограниченные по простиранию границами шахтного поля или блока и отрабатываемые лавами по падению или восстанию.

Под панельной схемой подготовки понимают пространственное расположение горных выработок, при котором шахтное поле делится на части, ограниченные по падению и восстанию основными выработками, а по простиранию — условными границами соседних панелей, шахтного поля или блока и отрабатываемые отдельными ярусами, на самостоятельные центральные или фланговые наклонные выработки (бремсберги или уклоны).

Этажной схемой подготовки называют пространственное расположение выработок, при котором шахтное поле делится по падению и восстанию основными выработками на части, вытянутые и отрабатываемые по простиранию и ограниченные по простиранию границами шахтного поля или блока

При индивидуальном способе подготовки проводят и поддерживают все основные выработки, необходимые для отработки одного пласта или отдельных его частей. Выработки могут быть как пластовыми, так и полевыми. При групповом способе подготовки основные подготовительные выработки проводят общими для всех разрабатываемых пластов свиты или отдельной ее группы. При этом отпадает необходимость в поддержании подготовительных выработок (этажные штреки, капитальные или панельные бремсберги и уклоны) по всем пластам. Групповой способ подготовки позволяет сократить число и протяженность поддерживаемых выработок, повысить эффективность работы транспорта, уменьшить утечки воздуха и улучшить условия проветривания шахты.

Погоризонтная, панельная и этажная схемы могут применяться в любом сочетании со способами подготовки, классифицируемыми по дополнительным признакам. Комбинацию различных схем подготовки следует применять, если в пределах шахтного поля условия залегания пластов существенно изменяются. Различают подготовку шахтного поля и подготовку выемочного поля (столба, участка)

КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ И СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

ПОГОРИЗОНТНАЯ СХЕМА ПОДГОТОВКИ Сущность погоризонтной схемы подготовки шахтных полей заключается в том, что основными горизонтальными выработками шахтное поле делится на горизонты (ступени), которые отрабатываются лавами, подвигаемыми по падению или восстанию пласта. В каждой ступени от главного квершлага проводят по отдельным пластам магистральные транспортный и вентиляционный штреки. При прямом порядке отработки шахтного поля, наиболее характерном для данной схемы подготовки, магистральные штреки удлиняются по мере отработки выемочных столбов до тех пор, пока не будет отработана вся ступень шахтного поля. Выемочные столбы подготавливают при помощи конвейерных бремсбергов (или уклонов) и вспомогательных ходков, непосредственно примыкающих к очистному забою и проводимых от магистральных штреков сверху вниз или снизу вверх в зависимости от газоносности разрабатываемого пласта. Погоризонтная схема подготовки применяется практически во всех угольных бассейнах России при разработке пластов с углом падения до 10°.

Таким образом, область эффективного применения погоризонтной схемы подготовки ограничена следующими условиями: угол падения пласта не более 10°; мощность пласта не более 1, 5— 2 м при подвигании лав по восстанию и любая при подвигании по падению; приток воды в очистной забой — любой при подвигании лав по восстанию и не более 5 м 3/ч при подвигании по падению. При погоризонтной схеме подготовки с выемкой столбов по падению или восстанию наклонную высоту между выемочными ступенями горизонта (длину выемочных столбов) следует принимать 800— 1000 м для тонких и мощных пластов и 1200— 1500 м для пластов средней мощности. Погоризонтная схема подготовки позволяет (ее достоинства): упростить подготовку шахтного поля и схему транспортирования угля в шахте; сократить протяженность и объем выработок по подготовке шахтного поля; обеспечить стабильность длины лавы, что благоприятно сказывается на использовании выемочных комплексов; уменьшить вероятность встречи нарушений, поскольку они преимущественно ориентированы по падению пластов, и тем самым повысить надежность работы лав; при подвигании лав по падению уменьшить поступление метана из выработанного пространства в призабойное, снизить интенсивность отжима угля; при подвигании лав по восстанию сократить приток воды в призабойное пространство; создать большую наклонную высоту ступени шахтного поля; обеспечить полную конвейеризацию транспортирования угля в пределах участка на пластах с любой гипсометрией; сократить одну транспортную ступень в связи с ликвидацией панельных (капитальных) наклонных выработок (бремсбергов и уклонов); повысить устойчивость вентиляционных струй и уменьшить утечки воздуха. Недостатки погоризонтной схемы подготовки, кроме ограничения области применения по углу падения пластов (до 10°), связаны с дополнительными трудностями, обусловленными необходимостью проведения длинных наклонных выработок.

Рис. 3. 7. Схема погоризонтной подготовки бремсберговой части шахтного поля при отработке пласта средней мощности длинными столбами по падению и прямоточной схеме проветривания выемочного участка с подсвежением исходящей струи воздуха: 1 — магистральный откаточный полевой штрек; 2 — магистральный вентиляционный полевой штрек; 3 — изолирующие перемычки; 4 — вентиляционный промквершлаг; 5 — искусственное ограждение; 6 — монтажный штрек (разрезной просек); 7 — откаточный пластовый штрек; 8 — бункер; 9, 11 — выемочные наклонные выработки (бремсберги и ходки); 10 — откаточный промквершлаг

Рис. 3. 8. Подготовка уклонной части шахтного поля при погоризонтной схеме: 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3 — капитальный квершлаг; 4, 5 — магистральные штреки (полевой и пластовый); 6 — воздухоподающий квершлаг; 7 — воздухоподающий штрек

ПАНЕЛЬНАЯ СХЕМА ПОДГОТОВКИ Сущность панельной схемы подготовки заключается в том, что на уровне околоствольного двора проводится главный откаточный штрек (рис. 3. 13). Затем в пределах каждой панели проводят панельные бремсберги (уклоны) с ходками. Каждая панель отрабатывается частями по простиранию, называемыми ярусами. Очистные и подготовительные выработки в панелях проветриваются через центрально-сдвоенные стволы или через один ствол и шурфы, пройденные для каждой панели. На практике применяются в основном двукрылые панели. Порядок отработки ярусов в панели, как правило, обратный, порядок отработки панелей в бремсберговой части шахтного поля преимущественно прямой, в уклонной — обратный. Число очистных забоев, действующих в панели, — два-три. Схема проветривания выемочных участков — прямоточная и возвратноточная, с подсвежением и без подсвежения исходящей из очистного забоя струи. К вариантам панельной схемы подготовки относят также схемы с проведением промежуточных ходков на флангах. В каждой из этих схем возможны применение возвратного или прямоточного проветривания и подготовка очередных ярусов выработками, проводимыми вприсечку к выработанному пространству или повторно используемыми. Длина панели по падению составляет 1000— 1500 м, а двукрылой панели по простиранию — 2500— 3000 м. Высота яруса колеблется от 90 -100 до 250300 м, преобладает высота 150— 200 м.

Панельная схема подготовки шахтных полей в России, как правило, применяется при разработке горизонтальных пластов и пластов с углами падения до 25°. Она позволяет при полной конвейеризации шахты и других благоприятных условиях создать очень крупные по мощности предприятия. Достоинства панельной схемы подготовки: возможность создания крупных по мощности шахт за счет одновременной работы в нескольких панелях и обеспечения благоприятных условий для применения наиболее эффективного конвейерного транспорта; использование откаточных выработок одного горизонта для подготовки и отработки значительных по объему запасов; сравнительно малый объем постоянно поддерживаемых выработок; большая нагрузка на отдельный пласт и панель, способствующая высокой концентрации горных работ. Недостатки панельной схемы подготовки: ограничение области применения пологими и наклонными пластами; сложность в обеспечении надежного проветривания имеющих большие размеры бремсберговых и особенно уклонных полей, в которых насчитывается несколько одновременно действующих подготовительных и очистных забоев; трудности с эксплуатацией длинных наклонных выработок.

Рис. 3. 13. Панельная схема подготовки шахтного поля: I—IV — панели; 1 — квершлаг; 2 — главный откаточный штрек; 3 — панельный бремсберг; 4 — ходки; 5 — параллельный штрек; 6 — конвейерный ярусный штрек; 7 — вентиляционный ярусный штрек; 8 — шурф

ЭТАЖНАЯ СХЕМА ПОДГОТОВКИ Отличительной особенностью этажной схемы подготовки является деление шахтного поля на этажи, вертикальная высота которых одинакова по всему простиранию пласта в шахтном поле. Разные по времени отработки этажи могут иметь различную вертикальную высоту. В зависимости от мощности и газоносности пластов, склонности угля к самовозгоранию, устойчивости вмещающих пород, опасности в отношении горных ударов, геологической нарушенности, а также производственной мощности шахты и других факторов вертикальная высота этажа принимается не менее 100— 120 м. При этажной схеме подготовки (рис. 3. 22) от околоствольного двора или места пересечения пласта капитальным квершлагом проводят главный откаточный штрек (пластовый или полевой) обычно на длину до 150 м, а из него в середине шахтного поля — капитальный бремсберг с одним-двумя ходками для доставки грузов и передвижения людей. От капитального бремсберга в обе стороны проводят этажные откаточные и вентиляционные штреки с просеками (параллельными штреками), которые сбивают разрезными печами на расстоянии не менее 40 м от ходков (при прямом порядке отработки) или у границ этажа (при обратном порядке). После отработки запасов в первом этаже ведут очистную выемку во втором. Схемы проветривания уклонной части шахтного поля должны быть такими, чтобы свежий воздух для проветривания подавался из нижней точки уклонного поля по специально пройденным или предназначенным для этого выработкам.

В основном этажная схема подготовки используется при разработке пластов с углами падения более 25°. В некоторых случаях она применяется на пологих пластах: при вскрытии шахтных полей наклонными стволами, пройденными по пласту; при вскрытии вертикальными стволами полей с небольшими размерами по простиранию; при разработке сильногазоносных пластов. Достоинства этажной схемы подготовки: простота проветривания; небольшой объем подготовительных выработок; возможность быстрого ввода шахты в эксплуатацию. Недостатки — отсутствие возможности для широкого развития фронта очистных работ, необходимость в проведении этажных откаточных штреков на всю длину шахтного поля и поддержании их в течение всего периода отработки этажа.

Рис. 3. 22. Схема этажной подготовки: I—IX — этажи; 1 — капитальный квершлаг; 2 — главный откаточный штрек; 3 — капитальный бремсберг; 4 — ходки; 5, 7 — соответственно параллельный и этажный вентиляционный штреки; 6 — этажный откаточный штрек; 8 — шурф

ВЫБОР СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНОГО ПОЛЯ Выбор схемы подготовки шахтного поля, ее параметров и конструктивных элементов относится к основным техникоэкономическим вопросам, решаемым при проектировании новых шахт и горизонтов и планировании горных работ на действующих угольных шахтах. Неправильное решение этого вопроса ведет к удорожанию добычи 1 т угля, значительному увеличению первоначальных капитальных затрат на строительство шахт, ухудшению условий поддержания выработок, увеличению пожароопасности и другим неблагоприятным последствиям. Решение задачи предполагает определение экономически целесообразной схемы подготовки и порядка отработки частей шахтного поля и пластов при рациональных схемах и параметрах технологического участка, а также установление влияния последних на характер изменения приведенных затрат. Наряду с этим требуется найти такую рациональную высоту выемочной ступени (горизонта), при которой сумма приведенных затрат на проведение выработок, их поддержание, транспортирование угля и другие работы будет минимальна.

Выбор схемы подготовки и порядка отработки частей шахтного поля осуществляется исходя из горно-геологических и горнотехнических условий месторождения, схемы технологического участка, способа транспортирования угля, материалов, оборудования и людей и задач по обеспечению заданного объема добычи. Приведенные затраты по подготовке шахтного поля включают в себя следующие затраты: эксплуатационные — на работы в очистном забое, проведение и поддержание горизонтальных и наклонных участковых подготовительных выработок, транспортирование по ним угля, материалов, оборудования и людей, на вентиляцию и др. ; капитальные — на оборудование и его монтаж в очистных забоях, проведение горизонтальных и наклонных выработок, оборудование подготовительных выработок, проводимых в период эксплуатации шахты, оборудование подземного транспорта (локомотивный транспорт, концевая откатка, монорельсовый транспорт, конвейерный транспорт), на транспортирование породы в период строительства шахты, горные работы исключительно или преимущественно для целей вентиляции и др.