Розробка шахтних полів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка шахтних полів



Зміст

Підготовка шахтних полів

Системи розробки вугільних родовищ

Питання для самоконтролю



Підготовка шахтних полів

Для забезпечення раціональної та економічної відробки запасів шахтне поле поділяють на більш дрібні частини. Розрізняють шахтні поля без поділення (рис. 5.1, а) і з поділенням (рис. 5.1, б) на блоки. Блоком називається частина шахтного поля, що має мережу вентиляційних виробок, які забезпечують незалежне провітрювання (повітряподаючим 4 і повітрявідводячим 3 стволами, рис. 5.1, б).

Рис. 5.1. Розподілення шахтного поля

Рис. 5.2. Поділення шахтного поля на крила й горизонти: 1 - ствол; 2 - штрек; 3 - шурф; I і II - відповідно бремсберговий та уклонний горизонти

Поєднує блоки загальний для всього горизонту головний відкотний штрек, по якому здійснюється транспортування вугілля до головних стволів. Підйом корисної копалини й породи здійснюється по головних стволах 1 і 2, що обслуговують всі блоки й з'єднаним між собою магістральним відкаточним штреком. Блок, у межах якого розташовуються головні стволи, називається центральним.

При розробці негоризонтальних пластів шахтне поле по падінню поділяють на горизонти, а по простяганню -- на крила. У залежності від розмірів у шахтному полі розташовується два, три й більше горизонти, розмір яких 1000…1500 м. Горизонт (ступінь) -- частина шахтного поля, однієї з меж якого по падінню є головний транспортний штрек, а іншої -- верхня чи нижня межа шахтного поля. Бічними межами служать бічні межі шахтного поля (рис. 5.2).

Частина шахтного поля, що розташована вище головного відкотного штреку, називається полем за підняттям, а нижче -- полем за падінням. Поля за підняттям і падінням обслуговуються відповідно бремсбергами й уклонами. Тому їх також називають бремсберговими й уклонними полями.

Крило -- частина шахтного поля (чи горизонту), що розташована по один бік від вертикальної площини, що проводять вхрест простягання пласта, і вона проходить через розкривну (вертикальний чи похилий ствол, капітальний бремсберг чи уклон) виробку.

Кожний з горизонтів додатково поділяють на поверхи, панелі чи стовпи по падінню (підняттю) пласта.

Підготовкою називають проведення підготовчих виробок, які поділяють шахтне поле на частини, котрі забезпечують умови для відроблення виїмкових полів.

На вибір способу підготовки впливають гірничо-геологічні (кут падіння, порушеність, газоносність і водоприплив пластів) і гірничотехнічні (розміри шахтного поля за простяганням, спосіб провітрювання, швидкість проведення підготовчих виробок і заданий обсяг видобутку) фактори.

Сутністю поверхової підготовки є поділення шахтного поля на поверхи, вертикальна висота котрих однакова на всьому простяганні пласта в шахтному полі.

В середині шахтного поля за підняттям пласта проводять капітальний бремсберг із хідниками (рис. 5.3, а). Від капітального бремсберга в обидва боки проводять поверхові відкотні та вентиляційні штреки.

Поверховий спосіб підготовки є універсальним. Застосовується на похилих, круто-похилих і крутих пластах, а на пологих пластах з кутами падіння до 180 він рекомендується при наявності наступних умов: розкритті шахтних полів похилими стволами, які проходять за падінням пласта або порід лежачого боку; розкритті вертикальними стволами, коли потужність шахти може бути забезпечена роботою обмеженою кількістю лав (4...6); на шахтних полях з обмеженими розмірами за простяганням (до 4 км); при розробці дуже газоносних пластів, особливо пластів, небезпечних за несподіваних викидах вугілля й газу або суфлярному виділенню метану.

Якщо пласт в межах шахтного поля або горизонту поділяють за падінням на ділянки, що витягнені за простяганням, то такі ділянки називають поверхами, а засіб підготовки шахтного поля поверхом (рис. 5.4).

Поверх - це частина пласта в шахтному полі, межами якого за падінням є штреки, а за простяганням - межі шахтного поля. Штреки, що обмежують поверх, називають поверховими. Усі поверхи в межах горизонту обслуговуються одним бремсбергом або уклоном, які називаються капітальними. На круто-похилих і крутих пластах на відміну від пологих, кожний поверх обслуговуються своїми квершлагами.

Відстань по лінії падіння пласта міх верхньою й нижньою межами поверху називають похилою висотою поверху. Для пологих і похилих пластів висоту розраховують і при розробці крутих пластів приймають з умов безпечного ведення гірничих робіт.

Крило горизонту має розмір за простяганням порядку 2...2,5 км, а крила поверху за простяганням можна додатково ділити на більш дрібні частини - виїмкові поля. До поділення запобігають тоді, коли похила висота поверху в 2...3 рази перевищує довжину лави.

Виїмкове поле - частина пласта в межах поверху, розробка якого здійснюється із застосуванням ділянкових (проміжних) бремсбергів, скатів і квершлагів. Розмір виїмкового поля за простяганням на пологих пластах знаходиться в межах 750...1500 м, а на крутих - 350 ...600 м.

Виїмковий стовп - частина пласта в межах виїмкового поля, що обмежена за падінням конвеєрним і вентиляційним штреками, а за простяганням - межами виїмкового поля.

Рис. 5.3. Способи поділення шахтного поля на поверхи (а), виїмкові

стовпи (б), панелі (в) і комбінована підготовка (г): 1 - головний ствол; 2- допоміжний ствол; 3 - головний відкотний штрек; 4 - бремсберг; 5 - уклон; 6 - виїмкове поле; 7 - виїмковий стовп; I-IV - послідовність відробки поверхів та панелей

Рис. 5.4. Поверхова підготовка шахтного поля: 1 - капітальний квершлаг; 2 - вентиляційний шурф; 3 - відкотний штрек; 4 - капітальний бремсберг; 5 - людський хідник; 6 - вантажний хідник; 7 - просік; 8 - поверховий відкотний штрек; 9 - поверховий вентиляційний штрек; 10 -

пристволовий двір; 11 - виробки, які погашаються

Сутність панельної схеми підготовки полягає в тому, що на рівні пристволового двору проводиться головний відкотний штрек, а після в межах кожної панелі проводять панельні бремсберги (уклони) із хідниками. Кожна панель відробляється частинами за простяганням, які називають ярусами (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Панельна підготовка шахтного поля: 1 - головний панельний відкотний штрек; 2 - панельний бремсберг; 3 - вантажний хідник; 4 - людський хідник; 5 - конвеєрний ярусний штрек; 6 - вентиляційний ярусний штрек; 7 - вентиляційний шурф; 8 - панельний уклон; 9 - вантажний хідник; 10 - людський хідник; 11 -капітальний квершлаг; 12 - пристволовий двір; 13 - головний ствол; 14 - допоміжний ствол.

Застосовується при розробці горизонтальних і пологих пластів з кутами падіння до 18 0 , а в окремих випадках до 250.

Панеллю називається частина шахтного поля, яка обмежена за підняттям і падінням головними штреками, а за простяганням - межами сусідніх панелей межею сусідніх панелей з однієї сторони і межею шахтного поля з іншої. розкриття вугільний родовище штрек

Панель по падінню поділяють на більш дрібні ділянки, витягнуті по простяганню -- яруси. Ярус -- частина шару в межах панелі, обмежена виїмковими, ярусними штреками (конвеєрним і вентиляційним).

Розмір панелі за простяганням 2500…3000 м, за падінням до 1200…1500 м (рис. 5.3, в). При розробці свити газоносних пластів і великих розмірів шахтного поля за простяганням (більше 8…10 км) шахтне поле поділяється на блоки. Сутність погоризонтної підготовки полягає в тому, що шахтне поле за падінням поділяється виїмковими виробками на стовпи, які відробляються лавами за падінням (підняттям) (рис. 5.3, б, 5.6).

Підготовка починається з проведення магістральних (головних) штреків на основних горизонтах. Термін служби цих штреків дорівнює часу відробки шахтного поля, а довжина - розміру шахтного поля за простяганням. Погоризонтна схема застосовується при розробці тонких і середньої потужності пластів із кутами падіння до 10-120, а в деяких випадках і до 150.

Комбінований спосіб підготовки. Якщо пласт у межах окремих горизонтів шахтного поля (чи одного горизонту) поділяють на частини різними способами, то такий спосіб підготовки називають комбінованим (рис. 5.3, г). Його застосовують при мінливих геологічних умовах залягання пластів (перемінний кут залягання по лінії падіння, збільшення газовості, виявлення великих геологічних порушень тощо), а також при необхідності збільшення видобутку шахти (особливо при її реконструкції).

Відпрацьовування поверхів у шахтному полі (чи ярусів у панелі) можлива як зверху вниз, так і знизу нагору, тобто в спадному чи висхідному порядку. Основним є спадний порядок відпрацьовування поверхів. На шахтах III категорії і понад категорних за метаном відпрацьовування повинне виконуватися тільки в спадному порядку.

На шахтах I і II категорії поверхи, що розташовані в бремсберговій частини шахтного поля, можуть відпрацьовуватися у висхідному порядку.

Панелі в бремсберговому полі рекомендується відпрацьовувати послідовно в напрямку від центра шахтного поля до його меж, тобто прямим ходом, а в уклонному полі -- у зворотному напрямку. При такому (комбінованому) способі в період будівництва шахти вводять в експлуатацію найближчі до стволів панелі, чим забезпечується скорочення термінів будівництва й первісних капітальних витрат. Відпрацьовування ж уклонних панелей можливі зворотним ходом, тому що головний відкотний штрек буде вже проведений, а пласт дорозвідан до меж шахтного поля.

Рис. 5.6. Погоризонтна підготовка шахтного поля: 1 - головний польовий відкотний штрек; 2 - пластовий штрек; 3 - проміжний квершлаг; 4 - вентиляційний хідник; 5, 6 - конвеєрні бремсберги; 7 - вентиляційний пластовий штрек; 8 - вентиляційний польовий штрек; 9 - вентиляційний шурф

Поверх у шахтному полі (чи ярус у панелі) може відпрацьовуватися прямим чи зворотним ходом. Якщо запаси поверху відпрацьовують від капітального бремсберга (уклону) у напрямку границь шахтного поля, то такий порядок називають відпрацьовуванням поверху прямим ходом (рис. 5.7, а), а якщо від границь шахтного поля до бремсберга (уклону) -- відпрацьовуванням поверху зворотним ходом (рис. 5.7, б).



Рис. 5.7. Порядок відробки поверхів (ярусів): а - прямий; б - зворотний; 1 - конвеєрний бремсберг; 2 - хідники; 3 - поверховий відкотний штрек; 4 - поверховий вентиляційний штрек

Кожному порядку відпрацьовування поверхів (ярусів) належать свої переваги й недоліки. Так, відпрацьовування поверху прямим ходом дозволяє швидко почати очисні роботи. Для цього необхідно провести транспортний і вентиляційний штреки усього лише на кілька десятків метрів від бремсберга (уклону) і з'єднати їх розрізними печами. Однак у цьому випадку штреки, проведені по пласту, постійно знаходяться під дією посиленого тиску обвалених гірських порід, викликаного очисними роботами. Особливо складні умови створюються у вентиляційних штреках, вище і нижче яких (крім першого) знаходиться вироблений простір. Штреки приходиться постійно ремонтувати, для їхньої охорони залишати цілики вугілля. У результаті витрачаються значні кошти на ремонт, збільшуються втрати корисної копалини.

Недоліком відпрацьовування прямим ходом є і те, що вибої лави і відкотного штреку розташовуються порівняно близько один від одного, що зумовлює взаємні перешкоди в роботі підготовчого вибою й навантажувального пункту лави. При непередбаченій зустрічі геологічного непереходимого порушення проведення штреку припиняється. За цей час лава, підійшовши до порушення, виходить з числа діючих.

При недоліку чи відсутності резервних лав це приводить до зниження видобутку вугілля на шахті.

При відпрацьовуванні поверху прямим ходом відбуваються витоки повітря через вироблений простір, що погіршує провітрювання, а іноді вимагає й зупинки лави через придуху.

Зазначені недоліки усуваються при відпрацьовуванні поверху зворотним ходом: поліпшуються умови підтримки штреків, зменшуються витоки повітря. Відсутність робіт із проведення штреків поблизу очисних вибоїв дозволяє більш інтенсивно й ритмічно вести очисні роботи й збільшити навантаження на лаву.

Однак і відпрацьовуванню зворотним ходом належать недоліки: збільшуються первісні витрати, терміни будівництва шахти й обсяг проведених підготовчих виробок; виникають труднощі у відновленні відкотних штреків у якості вентиляційних при відпрацьовуванні розташованого нижче поверху, кріплення яких сильно деформується за лавою; обмежується навантаження на лаву за газовим фактором.

Застосовувати відпрацьовування поверху зворотним ходом рекомендується при потужності пласта більше 0,7--0,9 м, розмірах крила шахтного поля (чи панелі) по простяганню не більше 2 км, а також при помірному виділенні метану. Недоцільно відпрацьовувати поверх зворотним ходом у наступних випадках: при застосуванні в шахті прямоточного провітрювання, коли вихідний струмінь повітря надходить у вентиляційний ствол, розташований у меж шахтного поля; при заляганні пласта в породах, схильних до здимання; на викиднебезпечних пластах, а також при підготовці пластів польовими штреками.Яруси в панелі відпрацьовуються так само, як поверхи в шахтному полі.

Пласти в свиті можуть відпрацьовуватися одночасно чи послідовно. Одночасне відпрацьовування великого числа пластів викликає значну розкиданість гірничих робіт. Послідовне відпрацьовування пластів у свиті по одному забезпечує високу концентрацію гірничих робіт, однак не завжди є раціональною й бажаною. При рішенні питання про число одночасно розроблювальних пластів необхідно враховувати їх зближеність, марки, якість вугілля, наявність викидо - і ударонебезпечних пластів тощо.

При сучасному рівні механізації очисних робіт і навантаженнях на вибій можна приймати до одночасної розробки 2…3 пологих і до 10…12 крутих вугільних пластів. Ця різниця порозумівається тим, що на пологих пластах маються більш широкі можливості для розміщення фронту очисних вибоїв, чим на крутих. Істотно вище й навантаження на лаву через широке застосування засобів комплексної механізації.

При однаковому видобутку число одночасне розроблювальних пологих пластів на антрацитових шахтах менше, ніж на вугільних. Це порозумівається більш сприятливими умовами розробки антрацитових пластів. Крім того, середня щільність антрациту на 20 % вище, ніж кам'яного вугілля. У сукупності цих факторів навантаження на лаву на антрацитових пластах на 50--70 % вище, ніж на вугільних.

При розробці крутих пластів уводять поняття "коефіцієнт одночасності", тобто число, що показує, яка частина сумарної потужності пластів у свиті використовується одночасно, забезпечуючи проектну потужність шахти. Він не повинний перевищувати 0,75, а при наявності більше 50 % пластів, небезпечних з раптових викидів вугілля й газу -- 0,6. При цьому запасів вугілля в межах поверху має бути достатнім для ведення робіт не менше ніж на 8…10 років.

Пласти свити можуть розроблятися в спадному, висхідному чи змішаному порядку. При спадному порядку виїмка пластів починається з верхнього. При цьому відбувається надробка нижніх пластів, що виявляється в збільшенні гірського тиску на кріплення виробок. Вплив надработки поширюється на обмежену глибину (рис. 5.8).

При висхідному порядку першим виробляється нижній пласт. При цьому відбувається підробіток верхнього пласта, що виявляється в різній формі: опусканні

Рис. 5.8. Порядок розробки пластів в свиті: а - низхідний; б - висхідний масиву, утворенні тріщин, осушенні й дегазації верхніх пластів тощо.

Вплив підробітку позначається при будь-якій відстані між пластами. При зближеному їхньому заляганні деформації можуть бути настільки істотними, що розробка підроблених пластів стає неможливою.

При змішаному порядку першим відпрацьовується один із середніх пластів свити.

Якщо пласти можна розробляти в будь-якій послідовності, то вони вважаються незалежними. Пласти, для раціональної розробки яких необхідно враховувати їхнє спільне залягання, називаються зближеними.

Основним вважається спадний порядок розробки пластів.

Розрізняють пластову, польову й пластово - польову, а також індивідуальну й групову підготовку пластів.

При пластовій індивідуальній підготовці всі виробки, включаючи й основні, проводять і підтримують по кожному із пластів. При польовій підготовці основні виробки (головні штреки, бремсбреги, уклони) проводять по пустих породах.

При пластово-польовій підготовці основні й поверхові штреки проводять по пустих породах на деякій відстані від пласта, а допоміжні -- по пласту. Для з'єднання польової виробки з пластовими додатково проводять квершлаги чи гезенки. Пластово-польова підготовка знаходить широке застосування при розробці потужних пластів, особливо, якщо вони схильні до самозаймання, оскільки дозволяє знизити втрати вугілля в ціликах, що залишаються для охорони пластової виробки.

При груповій підготовці основні виробки (звичайно з тривалим терміном служби) проводять загальними для групи чи всіх розроблювальних пластіів. Вони можуть бути польовими чи пластовими.

Системи розробки вугільних родовищ

Загальні відомості

Після завершення етапу підготовки шахтного поля переходять до наступного етапу - видобутку корисної копалини.

Роботи, які пов'язані з видобутком корисної копалини, називають очисними роботами, а виробки у яких відбуваються ці роботи - очисним вибоєм. У якості очисних вибоїв можуть використовуватись (рис. 7.1) лави (а), смуги (б), заходки (в), камери (г). Кожний очисний вибій повинен мати виробки для його обслуговування (транспорту, вентиляції, пересування людей), яки добули назву виїмкові (підготовчі) виробки.

Рис. _14 - Види очисних вибоїв

Характерною особливістю ведіння очисних робіт є систематичне пересування очисного вибою у наслідок чого особливе значення набуває своєчасне проведення очисних виробок, які обслуговують цей вибій. У одних випадках їх проводять до початку ведіння очисних робіт, у других - одночасно, у третіх - комбіновано.

Система розробки - комплекс очисних і виїмкових (підготовчих) виробок, які проводяться у певній послідовності у часі та просторі.

Вимоги до систем розробки

Обрана для конкретних умов залягання пласта система розробки повинна задовольняти наступним основним вимогам:

· безпека ведіння очисних і підготовчих робіт;

· комфортні умови праці;

· економічності розробки;

· мінімальні втрати корисної копалини;

· забезпечення охорони навколишнього середовища.

Безпека робіт визначається виключенням можливості завалів очисних вибоїв, вибухів газу і пилу, пожеж, запобігання падіння людей на крутих пластах та їх травмування кусками породи та корисної копалини, що падають. Обов'язковою умовою безпечності робіт є наявність не менш двох вільних виходів з очисного вибою, а також надійне його провітрювання.

Комфортні умови праці визначаються в основному зручністю роботи, припустимим складом пилу та вологи у вентиляційному струмені, та його температурою.

Економічність системи розробки визначається рівнем продуктивності праці та собівартості 1т корисної копалини при високої його якості. Система розробки повинна забезпечувати використання високопродуктивної вибійної техніки для досягнення високого навантаження на очисний вибій, мінімальні витрати матеріалів на одиницю копалини, що видобувається, а також мати мінімальний обсяг проведення виймальних виробок, просту та надійну транспортну мережу.

Правильно обрана система розробки повинна забезпечувати мінімальні втрати корисної копалини, оскільки, з одного боку, запаси непоправні, а з другого - зменшення втрат знижує питомі капітальні витрати на будівництво гірничого підприємства, а також непрямі витрати на геологічну розвідку родовища.

Вимоги до систем розробки з точки зору охорони навколишнього середовища зводяться до необхідності залишення породи у шахті, не припускаючи видання її на поверхню, а також виключення утворення провалів на денній поверхні та підробки споруд та будівель, для чого необхідно застосовувати системи розробки з закладенням виробленого простору.

Фактори, що впливають на вибір системи розробки

Основними факторами, що впливають на вибір системи розробки є: потужність та кут падіння пласта, властивості бокових порід, міцність вугілля, газоносність пласта та порід, що вміщують, схильність вугілля до самозаймання, обводненість, глибина розробки, взаємне розташування пластів у свиті, схильність пластів до раптових викидів вугілля та газів, способи механізації очисних та підготовчих робіт та ін.

Потужність пласта є одним з основних факторів при виборі системи розробки, який оказує вплив на спосіб виймання вугілля, кріплення очисного вибою, інтенсивність зсуву і обвалення порід, що вміщують, спосіб керування гірським тиском.

Чим потужніше пласт, тим більш інтенсивніше відбувається зсув товщі порід над виробленим простором, внаслідок чого ускладнюються процеси кріплення та керування покрівлею. При цьому приходиться вирішувати питання о способі виймання пласта - на повну потужність одразу або з розподілом його на шари. На потужних шарах підготовчі виробки, як правило, проводяться без підривання бокових порід, що значно спрощує їх проведення. Тому на таких пластах можуть використовуватись системи, для яких характерний великий обсяг проведення виймальних виробок.

Параметри системи розробки також змінюються в залежності від потужності пласта. Наприклад, на дуже тонких пологих пластах дожину лави за умов пересування людей та її обслуговування приймають в межах 80-100 м. З збільшенням потужності приблизно до 2,5 м спостерігається збільшення довжини лави до 200-250 м, а при подальшому зростанні потужності пласта довжина лави знову зменшується.

Кут падіння пласта також суттєво впливає на вибір системи розробки. При кутах падіння до 10^о можливо використання систем розробки з вийманням лавами по повстанню (падінню), при більших кутах - лавами по простяганню, а при кутах більш 50^о - систем розробки з вийманням смугами по падінню щитовими агрегатами.

Якщо на пологих та похилих пластах вугілля уздовж очисного вибою пересувається за допомогою спеціальних транспортних засобів (конвеєри, скрепероструги, металеві листи), то на крутих пластах відбите вугілля, а також породи, що обвалюються, скачується униз під дією сили ваги, що викликає необхідність використовувати запобіжні пристрої для захисту робочих від кусків вугілля і породи, що падають.

Властивості бокових порід оказують великий вплив на вибір способу виймання вугілля, кріплення очисного вибою, керування гірським тиском та охорони виймальних виробок. У результаті проявів гірського тиску та поглинання глинистими породами вологи та води відбувається так зване явище "здимання" підошви, що змушує проводити періодично підривку підошви, а це призводе до значних витрат та характеризується високою трудомісткістю робіт. В таких випадках використовуються спеціальні способи охорони виймальних виробок, наприклад двобічними бутовими смугами з проведенням штреків позаду вибою лави.

Міцність вугілля оказує вплив на спосіб виймання вугілля та продуктивності виймальних машин. При розробці потужних крутих та похилих пластів з м'яким вугіллям проводити виймання по повстанню небезпечно з-за можливих вивалів кусків вугілля , особливо коли кліваж вугілля розташований паралельно вибою. У таких випадках віддавати перевагу необхідно системам розробки з вийманням по падінню або простяганню.

Газоносність вугілля та порід, що вміщують, може суттєво обмежити навантаження на очисний вибій. Чим більш навантаження, тим більшу кількість повітря необхідно подати у вибій, але вона обмежується площиною поперечного перетину очисної виробки та припустимою швидкістю руху повітря - не більше 4 м/с. Для досягнення високих навантажень на очисний вибій обирають системи розробки, які забезпечують подання повітря по двом виробкам, а третя, вентиляційна, розташовується посеред лави, або застосовують комбіновану систему розробки з прямоточною схемою провітрювання та струменем повітря, що розбавляє. На дуже газоносних пластах доцільно застосовувати системи розробки з мінімальною кількістю підготовчих виробок, особливо підняттєвих.

Схильність вугілля до самозаймання частіше проявляється при розробці потужних пластів. Причиною самозаймання вугілля є його властивість поглинати кисень, тобто окислятися, в результаті чого вугілля нагрівається і, досягаючи критичної температури 70-80^о С, самозаймається. Найбільш небезпечними у відношенні виникнення пожеж є роздавлені цілики вугілля та скупчення вугільної дрібниці у виробленому просторі. При цьому на розвиток процесу самозаймання великий вплив оказують втрати повітря через цей простір та їх тривалість. Для попередження пожеж необхідно застосовувати системи розробки, які б виключали втрати повітря крізь вироблений простір. Якщо неминуче залишання ціликів, то необхідно приймати їх таких розмірів, щоб вони не були роздавлені. Розміри виймальних полів необхідно приймати із розрахунку, щоб час їх відробки по можливості був менш інкубаційного періоду самозаймання вугілля.

Обводненість пластів погіршує умови праці та призводе до зменшення продуктивності праці. Дуже обводнені глинисті породи стають менш стійкими, набувають схильність до здимання. При розробці таких пластів прагнуть обрати таку систему розробки, при якій вода з пласта та порід, що вміщують, не потрапляла у вибій. Для цих цілей виймання здійснюють по підняттю або по діагоналі до лінії простягання, а також застосовують системи з випереджувальною мережею підготовчих виробок для попереднього осушення пласта. Недоцільно проведення на обводнених пластах штреків з нижньою розкоскою.

Глибина розробки визначає величину гірського тиску, яке зростає пропорційно глибині. При цьому збільшується тиск на кріплення, відбуваються деформації стінок виробки, що викликає необхідність призводити їх перекріплення. Особливо інтенсивно проявляється гірський тиск у зонах впливу очисних робіт, де виробки деформуються більш значно. Ці особливості приходиться враховувати при виборі способу розташування та охорони виробок, які є елементами системи розробки.

Велика глибина розробки виключає застосування камерних систем розробки та ускладнює застосування щитових систем на потужних крутих пластах.

Взаємне розташування пластів у свиті при виборі системи розробки необхідно враховувати у зв'язку з тим, що при зближених пластах можлива групова розробка пластів, коли виробки, що підготовлюють, у поверсі (ярусі) проводяться та підтримуються по одному з пластів, а по іншим вони підтримуються в межах виїмкового поля й одразу ж гасяться після його відробки, причому виробки пластів, що групуються, проводяться меншим перетином, що у кінцевому рахунку знижує витрати на проведення та підтримання виробок.

Крім того необхідно встановлювати послідовність відробки зближених пластів у свиті, щоб у одних випадках уникнути впливу підробки або надробки одного пласту іншими, а у інших, навпаки, використовувати позитивну дію надробки або підробки для цілей захисту пластів від раптових викидів вугілля та газу або гірських ударів.

До систем розробки пластів, схильних до раптових викидів вугілля та газу, висуваються підвищені вимоги, а саме: дотримання прямолінійної форми очисного вибою, причому на крутих пластах переважніше з вийманням лавами по падінню (з використанням щитових агрегатів); відокремлене провітрювання очисних вибоїв з розбавленням вихідного струменю; проведення виробок з кутами падіння більш 10^о з гори до низу та ін.

Способи механізації очисних та підготовчих робіт оказують суттєвий вплив на вибір системи розробки, оскільки вони тісно пов'язані між собою. У свій час перехід від ручного виймання й доставки вугілля у очисних вибоях до зарубки врубовими машинами та доставки конвеєрами дозволили перейти на розробку пластів довгими лавами та широкому використанню різновиду стовпової системи розробки лава-поверх замість дуже поширеної при коротких лавах системи з розподілом поверху на підповерхи. Використання щитового кріплення дозволило впровадити ефективні системи розробки потужних вугільних пластів з вийманням їх одразу на повну потужність. Створення високопродуктивних гірничопрохідницьких машин забезпечило підвищення темпів проведення виробок й у багатьох випадках перехід від суцільних систем до більш ефективних стовпових.

Класифікація систем розробки вугільних пластів

За способом виймання пласта по потужності усі системи розробки поділяють на два класи: одношарові (відробка ведеться зразу на усю потужність) і багатошарові (пласт поділяється на шари і відробка кожного шару ведеться окремо). В залежності від орієнтування шарів у пласті група багатошарових систем підрозділяється на підгрупи з вийманням похилими, горизонтальними та поперечно-похилими шарами.

За напрямом виймання пласта відносно елементів залягання системи розробки поділяють на види: з вийманням по простяганню, по падінню, по повстанню, по діагоналі.

По довжині очисного вибою усі системи розробки поділяють на два види: довговибійні (довжина вибою більше 20м) і коротковибійні (довжина вибою менш 20м).

Довговибійні системи розробки поділяють на три основних класи:

· Суцільні системи розробки

· Стовпові системи розробки

· Комбіновані системи розробки

Відмітні ознаки цих класів наведені у таблиці 7.1.

Додатковими класифікаційними ознаками систем розробки є:

· принцип розподілу поверху (ярусу, смуги) на виїмкові поля;

· характер компонування очисних вибоїв у поверсі (ярусі, смузі);

· напрямок транспортування вугілля у виїмковому полі;

· порядок провітрювання виїмкової ділянки;

· спосіб охорони виймальних виробок.

За допомогою цих ознак класи систем розробки підрозділяються на підкласи, види, підвиди, типи, підтипи, та модифікації.

Таблиця 7_1 - Відмітні ознаки систем розробки

Ознаки систем розробки	Клас системи розробки
	Суцільна	Стовпова	Комбінована
загальні	Порядок ведення очисних та підготовчих робіт у межах поверху, ярусу та у часі	Одночасно	Розрізнені у просторі та часі	Комбіновані
	Вплив очисних робіт на виїмкові виробки та умови їх підтримання	Проводяться у зоні впливу очисних робіт, знаходяться у виробленому просторі	Підтримуються у масиві та гасяться по ходу просування очисного вибою	Підтримуються у масиві та у виробленому просторі
допоміжні	Напрям просування лінії очисного вибою та транспорту вугілля	Протилежно	Збігаються	Збігається або не збігається
	Напрям просування лінії очисного вибою та напрямку вихідного струменю повітря	Протилежно	Збігаються	Збігається або не збігається

Суцільні системи розробки

· Клас суцільних систем розробки характеризується тим, що очисні та підготовчі роботи у виїмковій ділянці ведуться одночасно, взаємопов'язані між собою та посуваються, як правило, у одному напрямку - від бремсберга, похилу або квершлагу до меж шахтного поля, панелі, блоку; виймальні виробки, які обслуговують очисний вибій, підтримуються у виробленому просторі, піддані інтенсивним проявам гірського тиску; транспортування вугілля відбувається у напрямку, протилежному напряму посування очисного вибою.

· Розрізнюють наступні різновиди суцільних систем розробки:

· при вийманні лавами по простяганню: лава-поверх (лава-ярус); лава-поверх (ярус) з середнім вентиляційним штреком; зі спареними лавами у поверсі (ярусі); з розподілом поверху (ярусу) на підповерхи (підяруси);

· при вийманні лавами по повстанню (падінню): з вийманням одинарними лавами та з вийманням спареними лавами.

· Загальними перевагами суцільних систем розробки є:

· швидке введення очисних вибоїв у роботу;

· невеликі первісні витрати на підготовку ділянки;

· відсутність тупикових виробок великої довжини, що важливо для їх провітрювання, особливо на газоносних пластах;

· можливість застосування різних способів охорони виймальних виробок при слабких бокових породах (особливо підошви).

· Загальні недоліки суцільних систем розробки:

· у загальному випадку погані умови підтримання виймальних виробок, які піддаються впливу очисних робіт, і у цьому зв'язку великі витрати на їх ремонт;

· відсутність попередньої розвідки пласту підготовчими виробками, а звідси небезпека несподіваної зустрічі геологічних порушень, що не прогнозувались;

· очисні та підготовчі роботи не розділені у просторі та часі, що призводе до взаємних організаційних перешкод;

· обмеження навантаження на очисний вибій за газовим фактором (хоч воно у аналогічних умовах й більш ніж у стовпової системи розробки, однак нижче ніж у комбінованої системи розробки з розбавленням вихідного струменю повітря.

Суцільна система розробки лава-поверх (ярус) на пологому пласті

Підготовка поверху до почала очисних робіт починається з проведення поверхових відкотного і вентиляційного штреків в обох крилах шахтного поля. На вилученні 30... 50 м від крайніх похилих виробок проводять розрізну піч, в якій монтується вибійне обладнання. Виїмка поверху ведеться до меж шахтного поля. Транспортний штрек ведеться водночас з просуванням очисного вибою і випереджанням на 150.. 200 м для обміну вагонеток під навантажувальним пунктом лави а також для розвідки пласта. Вентиляційний штрек просувається слідом за просуванням очисного вибою Виїмкові виробки знаходяться у виробленому просторі, приступні впливу очисних робіт і охороняються бутовими смугами. Породи для викладення бутової смуги над транспортним штреком беруться з бутового штреку, під вентиляційним штреком - від його проведення. Інколи можлива охорона штреків ціликами вугілля.

Рис. _15 - Суцільна система розробки лава-поверх (ярус):

1 - капітальний бремсберг, 2 - вантажний хідник, 3 - людський хідник, 4 - транспортний штрек, 5 - вентиляційний штрек, 6 - бутовий штрек, 7 - обхідна виробка, 8 - розрізна піч.

Суцільна система розробки на крутому пласті

Від поверхових квершлагів у обидві боки по пласту проводять поверхові транспортний та вентиляційний штреки. В 20-40 м від транспортного квершлагу, залишаючи охоронний цілик над ним, проводять розрізну піч.

При виймання вугілля молотками спочатку виймання ведуть у нижньому уступі, а при посуванні його на 1,8-2,7 м по простяганню починають відбивання вугілля у другому уступі та одночасно ведуть у першому. При посуванні другого уступу на 1,8-2,7 м у роботу вводять третій уступ й так далі, поки не будуть введені до роботи усі уступи лави і вибій не прийме вигляд, яка зображена на рис. 7.3 а.

Рис. _16 - Суцільна система розробки на крутому пласті

а) суцільна система розробки на крутому пласті при вийманні вугілля відбійними молотками; б) форма уступів; в) суцільна система розробки на крутому пласті при вийманні вугілля комбайном. 1 - відкотний квершлаг, 2 - вентиляційний квершлаг, 3 - відкотний штрек, 4 - вентиляційний штрек, 5 - розрізна піч, 6 - магазинний уступ, 6' - виїмковий уступ, 7 - просік, 8 - вуглеспускна піч, 9 - перекриша уступу, 10 - ніжка уступу, 11 - рятувальна ніша.

При вийманні вугілля комбайном спочатку готовлять магазинний уступ. Після цього проводять виймання у верхній частині печі з таким розрахунком, щоб забезпечити кут нахилу вибою на масив 5-10^о, а на пластах небезпечних за раптовими викидами ще більше.

Відбите вугілля скочується під дією власної ваги у нижню частину лави, де влаштовується так званий магазинний уступ, у якому вугілля тимчасово магазинується, що пов'язано з перервами у роботі підземного транспорту.

Суцільна система розробки з вийманням по повстанню

Рис. _17 - Суцільна система розробки із вийманням вугілля по простяганню

1 - головний польовий конвеєрний штрек, 2 - головний пластовий вентиляційний штрек, 3 - виймальний бремсберг, 4 - вентиляційний хідник, 5 - розрізний просік, 6 - бункер для вугілля.

Зустрічаються два різновиди суцільної з вийманням вугілля по повстанню - одинарними лавами (рис. 7.4 а) та спареними лавами (рис. 7.4 б).

Підготовка ділянки складається у тому, що від головних штреків проводяться по повстанню виїмковий бремсберг та вентиляційний хідник на довжину 30-50 м (розмір охоронного цілику біля штреку). Потім проводять розрізний просік і в ньому монтують очисне обладнання. Очисні роботи ведуть у напрямку з низу до гори по повстанню пласта.

Виїмковий бремсберг частіш усього проводять з невеликим випередженням вибою лави. Проведення бремсбергу позаду лави пов'язано зі складністю вузлу сполучення лави з бремсбергом на дуже тонкому пласті при ведінні вибухових робіт по породі. Охорону бремсбергу здійснюють бутовою смугою або іншою охоронною спорудою. Для попередження втрат повітря викладають чуракову стінку на глині.

Бортову вентиляційну виробку (вентиляційний хідник) з боку виробленого простору проводять частіш усього шляхом відновлення колишнього виїмкового бремсбергу сусідньої відробленої смуги, а при вийманні спареними лавами - вентиляційного хідника. Охороняють виробку бутовою смугою, для чого породу беруть з бутової виробки.

Стовпові системи розробки

Стовпові системи розробки характеризуються тим, що до початку очисних робіт по пласту проводять підготовчі виробки, якими у пласті оконтурюють окремі ділянки, які називають стовпами, і тільки після цього приступають до виймання вугілля.

Відмітними ознаками стовпових систем розробки є:

· очисні та підготовчі роботи розділені у просторі та часі;

· виймальні виробки підтримуються у недоторканому масиві вугілля або у зоні сталого гірського тиску і, як правило, гасяться в міру посування очисного вибою;

· напрям транспорту вугілля по ділянковим виробкам та напрям вихідного струменю повітря завжди співпадає з напрямом посування самої лави.

Загальними перевагами стовпових систем розробки є:

· добрий стан транспортних виймальних виробок, які розташовуються у масиві вугілля, і малі витрати на їх підтримання;

· виключення взаємних перешкод у роботі по проведенню виїмкових виробок та виймання вугілля, що дозволяє ефективно використовувати високопродуктивну техніку для очисних та підготовчих робіт;

· детальна розвідка пласта під час підготовки стовпів дає данні про умови його залягання та можливість своєчасного виявлення геологічних порушень та прийняття необхідних мір по їх переходу очисними вибоями або підготовці нового вибою за порушенням;

· відсутні втрати повітря крізь вироблений простір, що забезпечує нормальне провітрювання лави та попереджує можливість самозаймання вугілля у виробленому просторі, а у випадку виникнення пожежі його можна легко ізолювати, шляхом встановлення герметичних перемичок у виїмкових виробках, провести нову розрізну піч та продовжити очисні роботи без тривалих перерв;

· погашення виїмкових виробок слідом за лавою дозволяє регулярно і повно витягати металеве кріплення.

· Загальні недоліки стовпових систем розробки є:

· великий обсяг проведення підготовчих виробок до початку очисних робіт, що збільшує час вводу лав у експлуатацію, а при новому будівництві шахт або підготовці нових горизонтів викликає значні капітальні витрати;

· складність провітрювання підготовчих виробок великої довжини під час їх проведення;

· обмеження навантаження на очисний вибій за газовим фактором, особливо на дуже газоносних пластах;

· підготовчі виробки підтримують як під час їх проведення, так і під час здійснення очисних робіт. При підошві, що піддуває, це призводе до додаткових витрат на підтримання. При стійких породах цей недолік відсутній.

Стовпова система розробки лава-ярус (поверх) на пологому пласті

Підготовка ярусу (поверху) зводиться до улаштування приймальних майданчиків у бремсберга (похила) та проведення транспортного і вентиляційного штреків до меж панелі (шахтного поля, блоку). На межі панелі (шахтного поля, блоку) проводять розрізну піч, монтують очисне обладнання та приступають до виймання вугілля у напрямку до бремсбергу (похилу), погашаючи обидва штреки позаду лави. Таким чином виймальні штреки у їх робочій частині не потрапляють у зону інтенсивних проявів гірського тиску, а підтримуються у недоторканому масиві (транспортний штрек) або в зоні сталого гірського тиску (вентиляційний штрек), що різко знижує витрати на їх ремонт та забезпечує надійність роботи транспорту на ділянці.

Рис. _18 - Стовпова система розробки лава-ярус 1 - панельний бремсберг, 2 - людський хідник, 3 - вантажний хідник, 4 - транспортний штрек, 5 - вентиляційний штрек, 6 - розрізна піч, 7 - бункер.

Стовпова система розробки на крутому пласті

Основним різновидом стовпової системи розробки тонких та середньої потужності (до 2 м) крутих пластів є лава-поверх, що визначається поверховим способом підготовки, який повсюдно використовується на таких пластах, і обмеженою похилою висотою поверху - до 150 м.

На пластах потужністю більш 2 м використовується різновид стовпової системи розробки з розподілом поверху на підповерхи, а на потужних - система довгих стовпів по повстанню з вийманням їх по падінню з використанням пересувного щитового кріплення.

Рис. _19 - Стовпова система розробки на крутому пласті

1 - поверховий транспортний квершлаг, 2 - поверховий вентиляційний квершлаг, 3 - польовий транспортний штрек, 4 - польовий вентиляційний штрек, 5 - пластовий транспортний штрек, 6 - пластовий транспортний штрек, 7 - транспортний пром. квершлаг, 8 - вентиляційний пром. квершлаг, 9 - вентиляційна піч.

Стовпова система розробки з відробкою крила зворотним ходом майже не застосовують в основному з-за низьких темпів проведення вентиляційного штреку по завалу, великого обсягу робіт з підготовки стовпів та складністю провітрювання вибоїв виробок великої довжини. В таких випадках для пом'якшення вказаних недоліків поверх по простяганню поділяють на виїмкові поля, в межах якої й виконують підготовку стовпів. При цьому обов'язковим є наявність польових або групових штреків поблизу пласта з яким вони поєднуються проміжними квершлагами.

Стовпова система розробки з вийманням вугілля по повстанню (падінню)

Ця система розробки застосовується при погоризонтному способі підготовки шахтного поля. Довгі стовпи підготовлюються шляхом проведення похилих виймальних виробок (бремсбергів, похилів, хідників) на усю висоту виймальної ступіні горизонту між головними штреками. Відробка стовпів в залежності від ряду умов може проводитись як по падінню, так і по повстанню. При значній обводненості пласта доцільно використовувати виймання по повстанню. На пластах потужністю до 1,5 м і при малому водопритоці припускається виймання по падінню. А як що потужність пласта складає більш 2,0 м, то необхідно застосовувати виймання тільки по падінню.

Відробка стовпів по повстанню (падінню) може здійснюватись як одинарними лавами (рис. 7.7 а), так і спареними лавами (рис. 7.7. б).

Рис. _20 - Стовпова система розробки із вийманням по повстанню

1 - головний транспортний штрек, 2 - головний вентиляційний штрек, 3 - виїмковий похил, 4 - вентиляційний хідник, 5 - розрізний просік.

Комбіновані системи розробки

Комбінованими називаються системи, які містять у собі комбінації елементів і ознак суцільної і стовпової систем розробки. Метою такої комбінації є прагнення використовувати переваги як суцільних, так і стовпових систем розробки, і усунути або згладити деякі з недоліків, які їм властиві.

Розрізнюють два види комбінованих систем розробки: суцільна з стовповою і стовпова з суцільною. Критерієм віднесення до того, чи іншого виду систем служить ознака розташування і підтримання виймальних виробок, причому, визначальною є транспортна виробка.

При комбінованій системі розробки суцільної з стовповою (рис. 7.8) транспортна виробка проводиться у межах виїмкової ділянки одночасно з ведінням очисних робіт. Вентиляційна - заздалегідь проведена (повторно використовується транспортна виробка раніш відробленого виїмкового поля) та гаситься по мірі просування очисних робіт, як при стовповій системі розробки. Гідність такої комбінації - зменшення витрат на проведення виїмкових штреків та зниження витрат на підтримання вентиляційної виробки (штреку).

При комбінованій системі розробки стовпової з суцільною (рис. 7.9) до початку очисних робіт обидва штреки проведені заздалегідь (ознака стовпової системи розробки). Частина транспортного штреку, яка використовується для відводу вихідного струменю повітря підтримується у виробленому просторі і піддається впливу очисних робіт. Мета такої комбінації - використання переваги стовпової системи розробки для підтримання транспортного штреку у масиві, повторне використання транспортної виробки у якості вентиляційної та значне покращення умов провітрювання, які дозволяють збільшити навантаження на очисний вибій по газовому фактору.

Рис. _21 - Комбінована система розробки суцільна із стовповою

1 - бремсберг, 2 - людський хідник, 3 - вантажний хідник, 4 - транспортний штрек, 5 - вентиляційний штрек, 6 - фланговий польовий вентиляційний хідник.

Рис. _22 - Комбінована система розробки стовпова із суцільною

1 - бремсберг, 2 - людський хідник, 3 - вантажний хідник, 4 - транспортний штрек, 5 - повітряподавальний штрек, 6 - вентиляційний штрек, 7 - фланговий пластовий вентиляційний хідник.

Загальні поняття про системи розробки потужних пластів

У загальному випадку розробка потужних пластів складніша, ніж пластів тонких та середньої потужності, як відповідно до виймання їх на всю потужність, так і кріплення очисного вибою. Крім того, утруднено спостереження за становищем покрівлі пласта, тоді як падіння навіть невеликих грудок може послужити причиною нещасного випадку. Тому діючими правилами безпеки заборонено проводити розробку пластів потужністю більш від 3,5 м при кутах падіння понад 450 із кріпленням індивідуальними стояками.

Системи розробки потужних пластів поділяються на дві групи:

· без розділення на шари

· з розділенням на шари (так звані шарові системи розробки)

Вуглевидобувні комплекси (2УКП, КМ142) дозволяють робити виймання пластів потужністю до 4,5 м. У таких випадках застосовується ті самі системи розробок, що і на пластах середньої потужності.

Для розробки потужних крутих пластів у Кузбасі широко впроваджена система розробки, названа щитовою.

Суть щитової системи розробки полягає у тому, що в поверсі готуються печами смуги шириною 24-30 м, витягнуті по підйому від транспортного до вентиляційного штреку (рис. 7.10), які потім відробляються по падінню зверху вниз під захистом самопересувного щитового кріплення.

На вентиляційному штреку проводиться виймання пласта на всю його потужність і монтується щит, який складається із окремих секцій довжиною 6 м кожна. Секція щита - це рама із швелерних балок, поверх якої укладають декілька рядів колод діаметром 25-30 см. дерев'яну частину секції міцно скріплюють з металевою рамою. Під кожну секцію завчасно проводять вуглеспускні печі, які під щитом з'єднуються між собою канавою глибиною 2 м, в результаті чого створюється привибійний простір. Опорою щита служать цілики вугілля у покрівлі і підошві пласта.

Виймання вугілля під щитом виконується з допомогою буропідривних робіт. Цілики вугілля, на які опирається щит, руйнується і відбувається опускання (посадка) щита під дією власної ваги та ваги обрушених у виробленому порід.

Шаг посадки - 0,8-1,2 м. Відбите вугілля спускається по печах і вантажиться у вагонетки.

Основні переваги щитової системи розробки - це висока продуктивність праці, безпека робіт та малі витрати лісоматеріалів, а недоліки - значні втрати вугілля, а звідси й висока пожежонебезпечність.



Рис. _23 - Система розробки потужного пласту з використанням щитового обладнання

1 - поверховий транспортний штрек, 2 - поверховий вентиляційний штрек, 3 - вуглеспускна піч, 4 - повітряподавальна піч, 5 - щитове кріплення.

Суть шарової розробки полягає у тому, що потужний пласт розділяють на шари такої товщини, щоб виймання кожного з них можна було уподібнити вийманню пласта середньої потужності. На практиці знайшли поширення похилі, горизонтальні та поперечно-похилі шари (рис. 7.11)

Рис. _24 - Способи розподілу потужного пласта на шари

Похилі шари утворюються шляхом розділення пласта площинами, паралельними напластуванню (рис. 7.11, а); горизонтальні - горизонтальними площинами (рис. 7.11, б); поперечно-похилі - площинами, розміщеними по простяганню пласта з похилом у бік підошви для забезпечення руху відбитого вугілля під дією власної ваги (рис. 7.11, в).

Порядок відробки шарів може бути низхідним (у напрямку зверху вниз) та висхідним (знизу доверху). При управлінні покрівлею в шарі повним обваленням може бути тільки низхідний порядок відробки, при повній закладці - будь-який.

Потужність шару при індивідуальному кріпленні не перевищує 3,5 м, а при механізованому - визначається їх висотою. Найпоширеніша система розробки похилими шарами з вийманням з вийманням шарів у низхідному порядку та управлінні покрівлею повним обваленням.

На рис. 7.12 показана система розробки потужного пласта двома похилими шарами з одночасною розробкою шарів.

Рис. 25 - Система розробки потужного пласта похилими шарами

1, 2 - поверховий польовий штрек відповідно транспортний та вентиляційний; 3, 4 - похилий проміжний квершлаг відповідно транспортний та вентиляційний; 5, 6 - шаровий штрек першого шару відповідно конвеєрний та вентиляційний; 7, 8 - шаровий штрек другого шару відповідно конвеєрний та вентиляційний; 9 - породний прошарок у пласті, що використовується для розділення шарів.



У підошві пласта проводяться польові поверхові штреки - транспортний і вентиляційний, які з'єднуються з пластом проміжними квершлагами. В кожному шарі проводиться свій транспортний та вентиляційний штреки, що дістали назву шарових. Верхній шар відробляється з випереджанням відносно нижнього. Розмір випередження зумовлюється схильністю обвалених порід покрівлі до злежування. При глинистих породах останні вже через кілька місяців ущільняються настільки, що під раніше відробленим шаром можна проводити очисні роботи в нижче розташованому шарі за умови монтажу металевої сітки між шарами. В інших випадках між шарами залишають захисну пачку вугілля товщиною 0,5-1,0 м або породний прошарок у пласті.

...