Присечной штрек проводят из конвейерного штрека

участками по мере подвигания лавы. Проведение выработок вприсечку производится с отставанием от забоя не менее чем на 60-120 м на пластах, склонных к самовозгоранию, и не менее 120-180 м в зависимости от обрушаемости пород кровли.

Присечка может быть с частичным сохранением штрека (рис.), полная присечка, когда новый штрек проводится непосредственно вприсечку к бывшему без оставления целика, с оставлением между проводимой выработкой и обрушенными породами полосы угля шириной 2-4 м.

В этом случае податливый целик малых размеров частично разрушается и как бы освобождается от влияния опорного давления, а пик давления смещается в глубину массива (рис.).

Достоинства: уменьшаются затраты на поддержание и потери угля.

Недостатки: горная масса от проходки выдаётся на лавный конвейер, исходящая струя из забоя присечного штрека попадает в лаву, задержки в подготовке нижележащего столба, в панели в одновременной работе на крыле находится первая лава.

Различают следующие схемы подготовки выемочных участков с проведением выработок вприсечку одним из указанных выше трех способов.

Проведение вентиляционного штрека после полной отработки верхней лавы.

Проводить штреки вприсечку можно только в зоне установившегося горного давления. Это условие соблюдается наиболее полно при этой схеме. Однако, это задерживает подготовку и отработку подэтажей или ярусов (выемочных столбов). В результате в крыле панели в постоянной работе находится только одна лава (рис.).

Эта схема может быть экономически выгодна только при нагрузках на лаву не менее 1200-2000 т/сут.

Проведение присечного штрека позади действующей лавы с сохранением участка транспортного штрека.

Для устранения указанного в п.1 недостатка (затраты времени) при подготовке нижележащей лавы вентиляционный штрек проводят после прохода лавы позади нее на расстоянии Х от охранного целика у бремсберга или уклона (рис.). Транспортный штрек при этом участке длиной Х не погашают, а поддерживают его, охраняя бутовыми полосами, целиками, железобетонными блоками (БЖБТ), тумбами, используя затем эту часть его как вентиляционный штрек для нижней лавы. А от него вприсечку проводят оставшуюся часть вентиляционного штрека до границы панели (подэтажа).

Расчёт длины Х транспортного штрека, подлежащей поддержанию, или место засечки части вентиляционного штрека, проводимого вприсечку, осуществляется исходя из условия, чтобы время подготовки нового столба Т_п не превышало время отработки оставшейся части вышележащей лавы Т_оч, т.е. с учетом резерва времени Т_п+t_рез?Т_оч. Развернув неравенство с учётом других параметров (см. рис.) выражение примет вид

откуда

где L_кр - длина крыла панели (подэтажа), м;

V_п - скорость проведения вентиляционного штрека, м/мес;

t_м - время монтажа оборудования в новой лаве, в расчётах принимают t_м=0,5-1,0 мес.;

t_рез - резерв времени, принимают t_рез=1 мес.;

V_оч - скорость подвигания очистного забоя, м/мес;

l_акт - расстояние, на котором наиболее активно проявляется сдвижение пород позади забоя лавы, для легкообрушающихся пород l_акт=60 м, среднеобрушающихся - 90 м и труднообрушающихся - 120 м, для зависающих на больших площадях (очень устойчивых) породах кровли l_акт=180 м.

Эта схема экономически выгодна при больших подвиганиях очистных V_оч и подготовительных V_п забоев, а также когда длина участка штрека, проводимого вприсечку, составляет более 60% от общей его длины.

Пример. Если принять L_кр=1500 м, V_п=150 м/мес, V_оч=80 м/мес, кровля слабая l_акт=60 м, t_м=0,5 мес., t_рез=1 мес., то X?980м, из чего следует, что длина проводимого вприсечку штрека составит 1500-980=520 м или всего 35% от общей длины, что, видимо, невыгодно.

Если увеличить V_п до 500 м/мес (положим, выработки ведут по углю скоростным методом) и даже снизив V_оч до 50 м/мес, оставив другие параметры без изменения, получим X?285 м, что составит около 80% от общей длины, что вполне приемлемо.

Комбинированная подготовка и отработка ярусов (подъярусов или подэтажей).

Сущность схемы, показанной на рис. заключается в том, что отработка лав в ярусах производится в определенном порядке, когда отрабатываются, например, нечетные лавы в подъярусах I, III, V, при этом соблюдается хорошая сохранность штреков в каждой из этих лав, т.к. каждый штрек с двух сторон (см. рис.) охраняется массивом угля. А подготовка новых столбов в это время осуществляется в подъярусах (ярусах) II, IV.

Вентиляционные штреки в этих столбах проводят вприсечку к выработанному пространству отработанных лав (в данном примере в подъярусе IV). При этом обеспечиваются и для этих штреков хорошие условия их поддержания, т.к. они проводятся и поддерживаются в зоне установившегося горного давления.

Недостатки: большой первоначальный объём проведения наклонных выработок в уклонных полях, одновременная работа нескольких приемных площадок, что увеличивает штат их обслуживания.

Вариантом (разновидностью) этой схемы является наличие фланговых наклонных выработок на границах крыльев панелей или этажей (рис.). Присечной вентиляционный штрек проходится от фланговой выработки вслед за лавой с отставанием от неё не менее, чем на размер зоны активного сдвижения пород l_акт.

Недостатки: необходимость иметь и поддерживать дополнительную наклонную выработку.

Этот недостаток можно устранить, если наклонную выработку проводить не на фланге, а в средней части крыла панели или подэтажа (рис.).

По этой схеме в первый период отработки столба проветривание осуществляется через дополнительную наклонную выработку, которая проводится полевой, а во второй период, т.е. после прохода лавой этой выработки, - по обычной схеме через вентиляционный ходок у панельного бремсберга.

Контрольные вопросы

1. Принципиальная сущность столбовых систем разработки

2. Схемы и способы подготовки участков при столбовой системе разработки

3. Способы охраны подготовительных выработок при столбовых системах разработки

4. Определение ширины целика

5. Схема проходки сдвоенных штреков

6. Схема проходки спаренных штреков

7. Бесцеликовые схемы отработки пластов

8. Зона разгрузки

7. Системы разработки длинными столбами по простираниюпри панельной подготовке шахтного поля

Существует несколько вариантов столбовых систем разработки. Общим для них является то, что отработка выемочных столбов в крыльях панели осуществляется обратным ходом. А различаются они, в основном, схемами и последовательностью проведения выработок, схемами транспортирования и проветривания.

Первый вариант (рис.) - в панели располагается две лавы, по одной на крыло.

Второй вариант - в панели одновременно отрабатываются два яруса и располагаются четыре лавы, по две на крыло. Вариант имеет два подварианта, которые различаются схемами проветривания и транспортирования горной массы:

а - ярусы отрабатываются независимо, каждая из лав обслуживается двумя штреками и имеет обособленное проветривание (рис.);

б - отработка ярусов взаимно увязана, обе лавы обслуживаются тремя штреками.

Выбор схемы проветривания зависит от газообильности шахты, угла падения пласта и длины лавы.

В подварианте б лавы могут проветриваться последовательно, с подсвежением через средний штрек или обособленно, если угол падения пласта не более 10°. В последнем случае воздух поступает по среднему штреку, затем расходится по лавам, двигаясь в противоположных направлениях (вниз и вверх), и выходит на вентиляционный штрек.

Транспортирование угля в подварианте б может осуществляться по двум вариантам (схемам): каждая лава обслуживается своим транспортным штреком (верхняя - средним, нижняя - нижним) или обе лавы обслуживаются одним средним штреком.

Рекомендуется применять вариант системы разработки с одиночными лавами и обособленным проветриванием при механизированных комплексах. При этом обеспечиваются простые и надёжные условия поддержания сопряжений штреков с лавой, транспортирования угля и проветривания. Спаренные лавы целесообразны при отработке выемочных столбов с применением комплектов оборудования с индивидуальной крепью на тонких пластах (до 1,5 м) с устойчивыми боковыми породами, т.е. когда поддержание сопряжений штреков с лавами не вызывает особых затруднений.

Выбор варианта с двумя или четырьмя лавами в панели зависит от нагрузки на панель. Рациональная нагрузка - 3000 т/сут и более. Нагрузки на лаву имеют широкий диапазон от 300 до 1000 т/сут. Если две лавы обеспечат рациональную нагрузку - брать две лавы. Во всех остальных случаях в панели следует размещать 3-4 лавы.

Ярусные штреки на негазовых шахтах и небольших нагрузках на лаву проводят одинарной выработкой. На глубинах более 350-400 м целесообразно проводить два штрека. Один (верхний) для транспортирования угля оборудован обычно ленточным конвейером с установкой под лавой перегружателя. По мере подвигания лавы этот штрек погашается. Второй штрек располагают на 10-30 м ниже конвейерного, оборудуют рельсовым путем и используют вначале для вспомогательного транспорта, а затем как вентиляционный штрек для нижней лавы.

Подготовка может применяться как пластовая, так и полевая. Схемы проветривания могут быть прямоточные с фланговыми наклонными выработками и бесцеликовой выемкой в уклонных полях (рис.), а также в бремсберговых полях (рис.)

8. Система разработки длинными столбами по простиранию при этажной подготовке шахтных полей

Различают системы без разделения этажей по падению на подэтажи (лава-этаж) и с разделением, тогда это лава-подэтаж и аналогично - лава-ярус или лава-подъярус. При отработке по схеме лава-этаж в крыле каждого этажа имеется только одна лава, нарезаемая у границы шахтного поля. Этот вариант системы применяют на пластах тонких и средней мощности при небольших размерах крыльев шахтного поля (до 1,5-2,0 км) и спокойном залегании пластов, когда длину лавы можно принять 200-250 м.

В варианте с делением этажа на подэтажи каждое крыло этажа делится по простиранию участковыми (промежуточными) наклонными выработками на выемочные поля длиной 600-1000 м, а по падению - промежуточными штреками на выемочные участки (подэтажи), число которых не превышает трех. В зависимости от длины лавы, а она находится в пределах 100-200 м, в зависимости от мощности пласта и принятой длины комплекса, размер выемочного поля по падению - от 350 до 450 м.

Каждое выемочное поле обслуживается своим бремсбергом, который располагается у одной из границ (однокрылое поле) или в середине выемочного поля (двукрылое поле), как показано на рис.

На удароопасных пластах применяются только однокрылые выемочные поля.

Очистные забои, как правило, перемещаются в направлении к промежуточному бремсбергу независимо от места его расположения.

Применяют отработку однокрылых выемочных полей на передний участковый бремсберг или задний.

На газовых шахтах при центральных схемах проветривания шахтных полей применяется вариант системы с доставкой угля на передний бремсберг. При этой схеме направление отработки выемочных полей в пределах крыла этажа совпадает с направлением отработки выемочных столбов в каждом выемочном поле, на которые разделено крыло этажа.

Если очистные забои выемочных участков в пределах выемочных полей перемещаются в направлении, противоположном общему направлению отработки крыла этажа, то такой вариант называют системой разработки длинными столбами по простиранию с доставкой угля по промежуточному штреку к заднему бремсбергу (рис.). При этом в крыле этажа одновременно находятся не менее двух действующих бремсбергов: один служит для транспорта угля из верхних действующих лав, другой обслуживает подготовительные работы в очередном подготавливаемом блоке (выемочном поле). Эта система применяется на шахтах с небольшим газовыделением, отрабатывающей пласты с устойчивыми боковыми породами, не склонными к самовозгоранию, а также при фланговых схемах проветривания очистных забоев, что исключает скопление метана в верхней части лавы.

На пластах, угли которых склонны к самовозгоранию, целесообразно применять систему с доставкой угля на передний бремсберг, так как такая схема позволяет переходить забоями лав наклонные промежуточные выработки с погашением целиков возле них.

Подготовительные работы при любом из указанных вариантов начинают от капитальной наклонной выработки проведением этажного откаточного, вентиляционного и промежуточного штреков. При этом промежуточные штреки проводят только до границ подготавливаемого выемочного поля, а этажные штреки (откаточные и вентиляционные) проводят с опережением с расчетом, чтобы была возможность своевременно подготовить очередное выемочное поле и очередные выемочные поля.

Для улучшения проветривания при проходке параллельно штрекам проводят просеки, которые сбивают со штреками печами. На негазовых шахтах просеки могут не проводиться.

Между этажными штреками через 100-600 м по простиранию проводятся промежуточные бремсберги и людские ходки. Рядом с ними проводится разрезная (монтажная) печь. Из этих печей начинают очистные работы.

Проветривание очистных и подготовительных забоев производится за счёт общешахтной депрессии. На газоносных пластах применяют обособленное проветривание лав. Для этого проводят два промежуточных штрека, один из них вентиляционный для нижней лавы. По нему исходящая струя поступает через людской ходок на этажный вентиляционный штрек. Другой штрек - конвейерный для верхней лавы, служит для подачи свежего воздуха в лаву (рис.).

Уголь из верхней лавы поступает на промежуточный штрек и далее по участковому (промежуточному) бремсбергу ленточным конвейером - к капитальному бремсбергу при отработке первого выемочного поля или в этажный откаточный штрек при отработке последующих выемочных полей.

Из лавы нижнего подэтажа уголь подается скребковым конвейером, устанавливаемым в просеке (конвейерном штреке) и в углеспускной печи. На сопряжении углеспускной печи с этажным откаточным штреком оборудуется полустационарный погрузочный пункт.

При работе на передний бремсберг улучшаются условия поддержания промежуточных бремсбергов и ходков, так как они в течение всего срока эксплуатации находятся в нетронутом массиве угля. При этой схеме можно осуществлять переход забоями лав наклонных выработок (участковых бремсбергов), что позволяет снизить потери угля и вести отработку пластов, склонных к самовозгоранию, без оставления целиков - это главные достоинства.

Основной недостаток систем с доставкой угля на передний бремсберг - увеличение объемов транспортных работ и затрат на транспорт за счёт "перепробега" угля (груза). Эти затраты, в зависимости от количества выемочных полей в крыле этажа, достигают 20-25%.

В выемочных полях при том и другом варианте очистной забой верхнего подэтажа и нижнего. Это обеспечивает благоприятные условия поддержания участка промежуточного штрека позади верхней лавы.

9. Система разработки длинными столбами по падению (восстанию) при погоризонтной подготовке шахтного поля

Погоризонтная подготовка нашла в настоящее широкое распространение в виду целого ряда достоинств.

Если пласт в пределах горизонта делят по простиранию на выемочные столбы, вытянутые по восстанию или падению от верхней границы горизонта до нижней, то такой способ называется погоризонтным.

Таким образом, при погоризонтной подготовке каждый горизонт рассматривается как один этаж, границами которого являются откаточный и вентиляционный штреки. Горизонт делится на выемочные столбы. Капитальные или панельные бремсберги (уклоны) при этом не проводятся. Бремсбергами (уклонами) служат наклонные транспортные и вентиляционные выработки, которыми осуществляется подготовка выемочных столбов (выемочных участков).

Как и все столбовые системы, различные варианты их отличаются способами охраны и схемами проведения выработок, схемами транспорта и вентиляции.

Рассмотрим общий случай (вариант) подготовки выемочных участков. От пластового штрека (см. рис.) проводят конвейерные и вентиляционные ходки, которые с двух сторон оконтуривают выемочный столб. Ходки бремсбергов, если отработку ведут одиночными столбами, проводят комплектами: для первого столба их три, для последующих - два. Расстояние между последующими выработками определяется длиной лавы, которая может составлять 100-300 м.

Наклонные выработки проводят до верхней границы шахтного поля при отработке столбов по падению и до нижней при отработке по восстанию, где их соединяют между собой разрезными печами. При полевой подготовке наклонные выработки соединяют с полевым вентиляционным штреком короткими квершлагами, а с полевым откаточным штреком - наклонными гезенками. По квершлагам производят доставку секций при монтаже комплекса рельсовым путем в монтажную камеру, а наклонные гезенки на транспортном горизонте выполняют роль бункеров для угля, что уменьшает простои забоев при отсутствии порожних вагонов и других перерывов в работе.

По мере погашения (отработки) столбов пластовые штреки, если нет необходимости в их повторном использовании, погашаются.

Транспортирование угля из лавы осуществляется конвейерами по бремсбергам на основной горизонт и далее в вагонетках электровозами или конвейерами по главному штреку и квершлагу к стволу.

Как известно, на глубинах более 500 м охрана выработок целиками угля становится нерациональной. В связи с этим применяемые на указанных глубинах схемы ведения очистных работ без оставления охранных целиков можно разделить на две группы: с повторным использованием выработок (рис.), например, вначале для транспортных, а затем для вентиляционных целей, и с проведением выработок вприсечку к выработанному пространству в зоне установившегося горного давления.

Присечка, как рассматривалось выше (раздел 6.2.5), может быть с частичным сохранением старой выработки, полная присечка на контакте с обрушенными породами, присечка между вновь проводимой выработкой и обрушенными породами податливого целика угля шириной до 2-4 м. Последнюю схему применяют на непожароопасных пластах.

На рис. представлены два варианта системы разработки по восстанию с последовательной отработкой выемочных столбов: вариант с сохранением выработки позади лавы (а) и нисходящим проветриванием с подвежением и вариант с проведением выработки вприсечку при возвратноточной схеме проветривания (б).

Системы разработки длинными столбами по падению (восстанию) по сравнению с системами разработки столбами по простиранию имеют ряд преимуществ, к которым относятся: возможность сохранять постоянную длину лав в пределах выемочных столбов, простая и более надежная схема транспорта, прямоточная схема проветривания с обособленной подачей свежего воздуха к местам скопления метана, позволяющая разрабатывать весьма газоносные пласты.

К недостаткам указанных систем следует отнести большой объём наклонных выработок.

10. Общие сведения о системах разработки с короткими забоями. сущность систем

Как отмечалось ранее, одним из дополнительных признаков при классификации систем является вид очистного забоя. По этому признаку они делятся на две большие группы: с длинными и короткими очистными забоями.

Короткий забой - это очистная выработка небольшой ширины (4-10 м), отличающаяся от длинного забоя характером проявления и способами управления горным давлением, а также способами и средствами выемки угля.

В коротком забое проявление горного давления существенно зависит от условий устойчивости горных пород у его концов, а в длинном забое почти не зависит.

Сущность систем с короткими забоями заключается в том, что длинные столбы в пределах этажа или панели подготавливаются как и для длинных очистных забоев, но внутри этих столбов очистной забой охватывает не всю ширину столба от транспортного штрека до вентиляционного, а отрабатывается таким образом, что между отработанным (вынутым) и пространством, где ведется выемка угля, оставляются целики угля, которые в зависимости от условий могут частично извлекаться или не извлекаться вообще. Таким образом, короткие забои, как правило, ограждены со стороны обрушенных пород целиками угля. Назначение этих целиков состоит в том, чтобы воспринимать давление пород, частично или полностью устраняя его влияние на сам очистной забой. В результате потери угля при системах с короткими забоями достигают 30-50% и более.

Основной особенностью этих систем разработки является то, что выемка угля ведется преимущественно в тупиковых забоях, проветривание которых за счет общешахтной депрессии затруднено или вообще невозможно, а также то, что выемка угля в коротких забоях с применением машин ведется всегда в лоб забоя.

Главным преимуществом коротких забоев, которое обусловлено наличием целиков угля, воспринимающих давление налегающих пород, заключается в резком снижении трудоемкости работ по креплению забоя или вообще полное отсутствие крепления как процесса. Это снижение трудоемкости обеспечивается ведением работ без крепи или с использованием анкерной крепи в коротком забое.

Отсутствие призабойной стоечной крепи позволяет вести выемку угля в коротком забое поточным методом и применять полную механизацию и автоматизацию основных процессов очистной выемки.

На основании изложенного, системы разработки с короткими очистными забоями обеспечивают более эффективную разработку пластов по сравнению с системами с длинными забоями в одних и тех же горно-геологических условиях.

Все системы разработки с короткими забоями можно разделить на четыре группы, которые различаются между собой видом очистного забоя: камера, заходка, полоса (короткая лава), комбинированная заходка (камера и заходка).

В зависимости от вида короткого забоя различают: камерные системы, камерно-столбовые (вид забоя - камера-заходка), короткими столбами, полосами и короткими лавами.

Рассмотрим каждую из названных систем более подробно.

1. Камерная система.

Система разработки, при которой разработку пласта в пределах выемочного участка производят одной или несколькими камерами, которые разделяются между собой, а также от выработанного пространства невынимаемыми целиками угля, называется камерной.

Камера - узкая очистная выработка большой длины, охраняемая от повышенного горного давления неизвлекаемыми целиками угля.

Камеры можно располагать под любым углом к линии простирания пласта в зависимости от принятых средств и способов выемки и транспортирования угля. Поэтому применение этих систем возможно как при панельной, так и при этажной подготовке пластов.

Различают регулярное и периодическое расположение камер. В первом случае между камерами оставляют технологические целики одинаковых размеров, во втором кроме этих междукамерных целиков периодически оставляют более широкие ленточные целики, которые разделяют участки определенной длины в пределах выемочного участка. Оставление междукамерных и участковых целиков необходимо для управления горным давлением.

Выемка угля в камерах может осуществляться буровзрывным или механическим способами.

Параметры камерных систем зависят от горно-геологических условий и принятой технологии ведения работ по выемке и подготовке. Ширина камер 4-12 м, а длина - 100-200 м, иногда до 300 м. Ширина междукамерных целиков составляет 2-8 м, участковых 6-10 м.

На тонких и средней мощности пологих пластах применяются системы с проведением камер определенной ширины и системы с расширением пройденных камер обратным ходом или боковым расширением.

Основной технологической схемой очистных работ при этих системах является механизированная выемка с применением комбайнов, обеспечивающих высокую добычу в одной камере. Комбайны работают по схеме избирательного и непрерывного действия. Комбайны избирательного действия имеют большую маневренность, а непрерывного действия - более высокую производительность.

Для экономии времени и увеличения непрерывности в комплексе с комбайнами применяют погрузочные машины и самоходные вагонетки. Для транспортирования угля применяют камерные, забойные и сборные конвейеры (раздвижные телескопические).

Варианты системы разработки без расширения камеры обратным ходом и "чисто" камерная система представлены на рис.

При мощности пластов более 3,5 м применяют, в основном, два варианта камерной системы с обратной выемкой угля. Если мощность не превышает 4-5 м, выемку сразу ведут на полную мощность. В подэтажах и ярусах высотой 30-80 м через каждые 10-16 м от конвейерного штрека до вентиляционного проводят первичные камеры шириной 3-4 м, при расширении которых до 8-12 м в направлении сверху вниз на полную мощность пласта образуют вторичные камеры. Отбойку угля ведут по обе или одну сторону от разрезной печи. Из-за отсутствия средств механизации выемки мощных пластов применяют ВВ или отбойные молотки. В отличие от камерных систем, применяемых на более мощных пластах, работы ведут с креплением призабойного пространства. Управление кровлей осуществляют полным обрушением, которое производят на двойной органный ряд или на оставляемые через определенное расстояние целики угля, или закладкой выработанного пространства.

Забой камеры при обратной отработке имеет V-образную форму, что позволяет увеличить длину очистного забоя (например, при ширине камеры 13-15 м общая длина V-образного забоя достигает 50 м). А это, в свою очередь, позволяет применять в забое врубовые и погрузочные машины. Отбитый уголь самотеком по металлическим листам и рештакам или конвейерам поступает на конвейер, установленный в конвейерном штреке (рис.).

При отработке пластов мощностью 6-10 м на полную мощность выемку производят в несколько приемов: при проведении первичных камер прямым ходом вынимают нижнюю часть пласта на высоту около трех метров, затем обратным ходом ведут выемку оставшейся части пласта с одновременным расширением камер. Первичную камеру (ее ввиду малых размеров относительно мощности пласта и будущей вторичной камеры называют разрезной печью) крепят деревом или анкерами. При выемке прямым ходом используют комбайны и погрузочные машины. Погашение верхней пачки в камере ведется с помощью ВВ. Уголь грузят погрузочными машинами, а транспортируют конвейерами или самоходными вагонетками. Камеры имеют длину 80-150 м, ширину 8-10 м при ширине междукамерных целиков в зависимости от глубины 4-10 м (рис.).

Недостатки: высокие потери угля - от 30 до 60%, отсутствие специальных комбайнов для механизации выемки в забоях большой высоты, применение ВВ, большой объем ручного труда при погрузке угля и креплении.

2. Камерно-столбовая система.

Система разработки, при которой осуществляется выемка камер в пределах этажа или яруса с последующим частичным или почти полным извлечением междукамерных целиков в обратном направлении заходками, называется камерно-столбовой.

Заходка - очистная выработка в виде короткой камеры небольшой длины (4-12 м), огражденная целиками угля и имеющая границами по двум смежным сторонам массив угля, по двум другим - выработанное пространство.

Исходя из определения "камерно-столбовая система", мы имеем комбинацию двух видов забоев, т.е. комбинированный забой - камера и заходка.

Заходки могут быть открытыми, закрытыми и комбинированными.

Закрытая заходка представляет собой короткую камеру шириной 4-6 м и длиной в среднем 8-12 м, но не более 25-30 м, огражденную с трех сторон целиками угля. Эти целики или вовсе не извлекаются или извлекаются частично.

Открытая заходка - очистная выработка таких же размеров, но без целиков со стороны выработанного пространства. Взамен этих целиков при обычной технологии в процессе выемки может устанавливаться крепь.

Комбинированная заходка - комбинация (чередование) закрытых и открытых заходок (часто встречается при гидравлической выемке угля в коротких забоях).

Для отработки пологих пластов средней мощности с углами падения до 15° применяются комбайны. При этом подготовку и отработку выемочных полей осуществляют по двум схемам.

Схема 1 (рис.) является типовой для камерно-столбовой системы. Отработка начинается с проведения (выемки) двух камер шириной 2-4 м. Длина камер от 80 до 200 м. Между каждой парой узких камер оставляется целик шириной 10-15 м. А эти широкие столбы затем отрабатываются сверху вниз отдельными закрытыми заходками, которые проводятся под углом 45° к оси камеры. Между заходками оставляются ленточные целики шириной 0,8-1 м, которые называют "ножками". После выемки заходки, если позволяют условия, комбайн прорезает ножку в нескольких местах. Фактическая длина заходки при ширине междукамерного целика 10-15 м составляет 20 м.

Транспортирование угля производится телескопическим ленточным конвейером, устанавливаемым в первой камере. Камеры крепятся анкерами. Заходки отрабатывают без крепления. Крепится анкерами только участок заходки длиной 1,5-2 м, прилегающий непосредственно к камере, т.е. сопряжение с камерой.

При работе по этой схеме добыча на один комбайн может достигать 350-500 т в смену, при извлечении угля до 85%.

Схема 2 отличается от схемы 1 в принципе лишь тем, что междукамерные целики шириной до 10 м нарезаются одиночными, а не спаренными камерами и погашаются открытыми заходками (рис.). Применяется эта схема на пластах с устойчивой кровлей.

На пластах мощностью более 3,5 м и углами падения более 15° ввиду отсутствия комбайнов выемку производят с применением ВВ. При этом наиболее широко применяется система и различные ее варианты с выемкой межкамерных целиков заходками по падению или простиранию пласта и управлением кровлей обрушением (рис.).

Отбойку угля в заходках осуществляют с помощью ВВ, погрузку - вручную на рештаки конвейера. Выемка угля в заходке начинается с рассечки заходки на полную ширину и высоту забоя, затем производят выемку в направлении ранее отработанного столба с оставлением целика со стороны обрушенных пород. При проведении сбойки оставляется потолочина, которая погашается обратным ходом вместе с частью целика со стороны выработанного пространства. После выполнения этих работ значительная часть вынимаемого столба в пределах размеров заходки извлечена. Целики в заходке погашают не полностью. После окончания работ по выемке угля в заходке остаются предохранительные ленточные целики, размер которых, в зависимости от условий, составляет не менее 1,0-1,5 м. В заходках большой высоты целики оставляются больших размеров. Часто со стороны массива угля в заходке и вдоль выемочной выработки (печи или штрека) пробивают органную крепь для защиты последующих заходок от обрушенных пород, особенно когда угол падения пласта превышает 15°. При слабой кровле оставляют подкровельную пачку мощностью от 0,5 до 1,0 м, которую извлекают частично или вовсе не извлекают.

После отработки заходки укорачивают конвейер, производят обрушение кровли и рассекают новую заходку.

Достоинства: высокая производительность труда (до 10-12 т/выход), небольшой расход леса - до 20-22 м³ на 1000 т добычи.

Недостатки: высокие потери угля, особенно с увеличением мощности пластов, большой объем подготовительных выработок - более 20-25 м на 1000 т добычи.

3. Система разработки короткими столбами.

Помимо камерной и камерно-столбовой системы в зарубежной практике применяют короткие столбы. Сущность этой системы состоит в том, что до начала очистной выемки сетью выработок выемочное поле разрезают на квадратные столбы небольших (25-30 м) размеров, вынимаемых открытыми или закрытыми заходками (рис.).

При комбайновой выемке столбы нарезаются путем одновременного проведения 6-8 и более параллельных штреков, расстояние между которыми составляет, в зависимости от условий, 20-30 м. Штреки проходят шириной 4,5-5,0 м и соединяют (пересекают) через каждые 20-30 м перпендикулярными выработками одинакового с ними сечения, образуя, таким образом, квадратные столбы. Способы погашения этих столбов зависят, прежде всего, от горно-геологических факторов. Определяющее значение имеет устойчивость пород непосредственной кровли. Установлено, что расположение столбов в выработанном пространстве (или относительно выработанного пространства) и принятой последовательности их отработки зависит от величины горного давления и состояния пород непосредственной кровли. Наиболее благоприятные условия достигаются при расположении квадратных (коротких) столбов под углом 45° к осям горизонтально пройденных штреков. Для этого погашение коротких столбов ведут в строго определенной последовательности. На участке при выемке угля комбайнами одновременно отрабатывают один, реже два столба. Последовательность погашения коротких столбов показана на рис. цифрами 1-13. Погашаемые столбы, как видно на рисунке, как бы вклиниваются под прямым углом в выработанное пространство.

При большой скорости выемки не возникает осложнений из-за горного давления, т.к. пролет кровли, опирающейся на выступающие участки столбов, уменьшается и горное давление в забоях заходок снижается. Погашение коротких столбов комбайнами осуществляют в основном двумя способами: закрытыми и открытыми заходками. Выемку угля в заходках ведут теми же машинами, которые применяют в камерах. Под выемкой открытыми заходками здесь понимается такое погашение столбов, когда работы в них ведутся со стороны выработанного пространства с оставлением при необходимости "ножки" (небольшой целик) только с торцевой стороны забоя у обрушенных пород.

Выемку закрытыми заходками ведут при ограждении забоя с трех сторон целиками от выработанного пространства. При устойчивых породах кровли выемку ведут открытыми заходками, при неустойчивых - закрытыми.

При выемке закрытыми заходками короткий столб с одной или двух сторон разделяют на столбы меньших размеров, которые, в свою очередь, вынимают заходками. Схема одного из наиболее распространенных вариантов представлена на рис.

Сначала комбайном вынимается косая заходка, затем комбайн, развернувшись, вынимает первую сквозную заходку 2 шириной 4 м на расстоянии 3,5-4,0 м от границы столба. После этого комбайн отходит назад на 5-6 м и под максимально возможным углом (радиусом разворота) вынимает в "ножке" первую короткую заходку (засечку) 3. Затем в том же порядке с отступлением каждый раз на 4 м вниз по заходке (сбойке) 2 производится выемка еще четырех заходок 4, 5, 6, 7 и последней 8 уже из выемочного штрека. В таком же порядке вынимается и вторая заходка - сбойка 10 и из нее осуществляется погашение целика между сбойками 10 и 2 короткими заходками. Оставшуюся часть короткого столба погашают проведением горизонтальных сбоек 18 и 22, которые засекают из восстающей печи. Целики между этими сбойками шириной 1,2 м погашают также короткими заходками. Последний целик в столбе извлекают заездом на заходку из штрека. Длинные заходки-сбойки 2, 10, 18, 22 крепят анкерами.

При устойчивых кровлях выемку ведут открытыми заходками. Выемку короткого столба такими заходками осуществляют последовательно, начиная с одной стороны целика или в определенной последовательности (порядке) с различных сторон, как приведено на рис.

Таким образом, применение систем разработки с короткими забоями обеспечивает более высокие показатели по производительности труда и более низкую себестоимость добываемого угля по сравнению с длинными забоями в одинаковых горно-геологических условиях и при одинаковом уровне механизации очистных работ.

Так как короткие забои, как правило, ограждены целиками угля, которые частично извлекаются или полностью теряются, то в результате потери угля в коротких забоях достигают 40-50% вместо 8-15% при длинных забоях.

Назначение целиков состоит не только в ограждении заходок от обрушенных пород, но, прежде всего в том, чтобы воспринимать давление вышележащих пород, облегчая или полностью устраняя его проявление в очистном забое.

Это преимущество позволяет резко снизить или полностью устранить операции по креплению и управлению кровлей в очистном забое, что обеспечивает возможность вести работы вообще без крепи или с применением анкерной крепи. А это, в свою очередь, делает возможным при отсутствии стоечной крепи в забое применение комплексной механизации и автоматизации основных процессов очистной выемки.

Таким образом, высокая эффективность систем разработки с короткими забоями обусловлена в основном облегчёнными условиями управления горным давлением, что обеспечивает возможность получать большие нагрузки на очистной забой, добычной участок и пласт в целом при использовании обычных и специальных средств механизации выемки угля и его транспортирования.

11. Технологическая схема выемки при гидравлической добыче

Особенности выемки с применением механизации:

1) Все выработки проходятся с уклоном I не менее 0.05 для осуществления безнапорного транспорта, т.е. самотеком по желобам.

2) Только при гидромеханизации ярус делится по простиранию промежуточными бремсбергами на выемочные поля.

3) Размеры крыльев панелей или этажа по простиранию не должны превышать 1500 - 2000 м.

В основном применяется три типовых технологических схемы, которые отличаются схемой подготовки, порядком подготовки и отработки столбов, ориентацией узких выемочных столбов относительно залегания пласта. Но система одна - камерно - столбовая, при которой подготовка длинных столбов осуществляется как при обычной технологии, т.е. проведение вентиляционного и транспортного штреков, а выемка этих столбов осуществляется погашением узких выемочных столбов из выемочных штреков или печей, которые называются условно камерой.

Отработка выемочных полей всегда ведется только длинными столбами по простиранию при угле падения до 15^0. Нарезку узких столбов осуществляют выемочными печами пройденными по восстанию пласта от транспортного штрека который называется аккумулирующий до вентиляционного.

При угле падения более 15⁰ до 25 - 27⁰ нарезка осуществляется печами, пройденными в диагональных линиях простирания. При больших углах падения переходят на выемку из выемочных штреков (см. схему №2).

Длинные столбы по простиранию всегда подготавливаются двумя штреками: аккумулирующим и параллельным.

При отработке выемочных полей по схеме №1 выемочные поля (крыло панели или этажа) отрабатываются от границ выемочных полей без деления крыльев этажей и панелей на дополнительные выемочные поля по простиранию и без деления на этажи и подьярусы по падению.

Достоинство схемы №1: заходка (камера) не крепится. Выемочные печи проходятся комбайном при угле падения до 15⁰ на восстание. При большем угле падения до 22-25^{0 выемочные} печи проходят диагонально к линии простирания под некоторым углом , который определяется из условия:

arcsin sinsin) ¹²

где: - угол наклона выемочной печи (12-14);

- угол падения пласта.

При этом угол должен быть не менее 45 к линии простирания пласта так как при меньших углах очень трудно удержать углы сопряжения и печи оказываются длинными, пересекающие выемочное поле по диагонали.

Подготовка выемочных полей, ярусов, этажей, подэтажей и др. осуществляется всегда двумя штреками: аккумулирующим и параллельным. По параллельному через ближайшую сбойку с аккумулирующего выводится напорный трубопровод и через ближайшую сбойку осуществляется транспорт пульпы в аккумулирующий штрек. По параллельному пульпа не должна идти. По нему подается свежий воздух, доставляется материал и оборудование, совершают маневры комбайны при заезде на проходку новых выемочных печей.

К схеме №2 обращаются когда угол падения превышает 20-25⁰ и нужно переходить от выемки из печей к выемке из штреков. Тогда крыло этажа или яруса делят промежуточными (участковыми) бремсбергами, которые называются блоковыми печами на выемочные поля, которые называются выемочные блоки. Блоковые печи проходят комбайнами диагонально.

Недостатки первых двух схем, особенно первой заключаются в том, что в одном этаже или ярусе осуществляется одновременное ведение очистных и подготовительных работ, т.е. ведется одновременная отработка узких выемочных полос гидромониторами или комбайнами, а впереди действующих забоев осуществляется воссоздание погашаемых узких выемочных столбов. При этом возникающее горное давление от ведения очистных работ передается на проводимые впереди выемочные печи и узкие выемочные столбы. В результате, при большом количестве погашаемых выемочных печей и нарезаемой впереди действующей, происходит взаимное вредное влияние очистных работ на подготовительные работы и обратно. Это приводит к преждевременному разрушению выемочных печей, подготавливаемых к работе. Особенно это вредное влияние проявляется с увеличением добычи.

Для устранения этого недостатка возникла необходимость разделить очистные работы от подготовительных в пространстве.

При работе по схеме №3 двумя промежуточными штреками выемочное поле делится на два подэтажа или подъяруса примерно равных. Работа в подэтажах осуществляется по схеме №1 (а) или б)), но отличие состоит в том что отработка каждого подэтажа ведется с делением его на условные блоки, подготовка и отработка которого ведется в такой последовательности - если например очистные работы в блоке выработок первого подэтажа, то нарезка новых выемочных печей осуществляется не в этом подэтаже, а в нижнем. При этом количество воссоздаваемых узких выемочных столбов, а следовательно и печей строго ограничено и определяется расчетом. После полной отработки блока в верхнем подэтаже приступают к погашению в нижнем блоке. При этом очистные работы в нижнем блоке могут быт начаты только после полного окончания всех нарезных и монтажных работ.

После начала очистных работ в блоке II нижнего подэтажа начинаются подготовительные работы в блоке III и опять до полного окончания очистных работ в блоке II и подготовительных работ в блоке III.

Таким образом всегда впереди действующих очистных забоев нарезка новых столбов, т.е. подготовка не производятся. Расстояние между подготавливаемым и отрабатываемым блоками принимается не менее двух размеров этих блоков, что полностью исключает вредное влияние очистных работ на подготовительные и наоборот. Размер блока по простиранию зависит от принятой ширины нарезаемых узких столбов. Количество выемочных печей в блоке должно строго соблюдаться.

Контрольные вопросы

1. Схемы проведения выработок при столбовой системе разработки при панельной подготовке шахтного поля

2. Схема лава-этаж

3. Схема проведения выработок при столбовой системе разработки с делением этажа на подэтажи

4. Достоинства и недостатки систем с доставкой угля на передний бремсберг

5. Достоинства и недостатки систем с доставкой угля на задний бремсберг

6. Область применения погоризонтной подготовки шахтного поля

7. Преимущества системы разработки длинными столбами по падению (восстанию)

8. Сущность систем разработки с короткими забоями

9. Область применения камерно-столбовой системы разработки

10. Виды заходок

11. Отличия камерной системы разработки от камерно-столбовой

12. Область применения системы разработки короткими столбами

13. Способы отработки пологого пласта при гидродобыче

12. Технологические схемы и процессы разработки мощных пластов

12.1 Способы деления пластов на слои. Общие положения

Мощный пласт - несколько или даже десятки тонких пластов.

Мощные пласты могут отрабатываться на полную мощность до 4.5-5м на пологом падении и с делением на слои при большей мощности. Управление кровлей осуществляется полным обрушением и частичной или полной закладкой. Во всех случаях независимо от условий, их разработка очень сложна.

Работать с закладкой очень надежно, но и очень дорого, т.е. экономически не выгодно. Подготовка пластов может быть полевой и пластовой. Все зависит от газоносности пласта и склонности к самовозгоранию.

При подготовке делят на три группы;

1 группа - выработки, параллельно обслуживающие горизонт или панель;

2 группа - выработки, обслуживающие ярус или этаж не в зависимости от количества пластов;

3 группа - выработки обслуживающие только слой (слоевые выработки).

При условном делении на слои мощность слоя обычно применяют равной средней мощности пласта (от 2 до 3м), т.к. эта мощность является наиболее технологичной. Для такой мощности имеется совершенная высокопроизводительная техника.

Порядок отработки слоев в основном - нисходящий.

Существует три вида основных слоев:

1) наклонные слои - применяют на наклонном и пологом падении. Слои называются наклонными, когда пласт условными плоскостями, проводимыми параллельно почве и кровле пласта делятся на отдельные равные или неравные мощности.

2) горизонтальные слои - применяют на крутом падении. Слои называются горизонтальными, когда пласт разделяется параллельными друг другу плоскостями, проводимыми на определенном расстоянии между кровлей и почвой пласта. Мощность этих слоев не более 2 - 3.5 м.

3) Наклонно-поперечные слои - когда пласт параллельными плоскостями через определенные расстояния делят проводимыми между лежачим и висячим боками пласта под углом наклона к горизонту не менее 30⁰.

4) Диагональные слои - не применяются.

Главные проблемы при отработке слоев - отделение обрушенных пород от угольного массива и забоя.

Существуют следующие способы разделения:

1) Специальные настилы из горбылей, сетки, досок, синтетических материалов, укладываемых на почву слоя.

2) Использование природных прослоев в породе, а также крепких пачек угля, мощностью до 0.5м.

3) Химическое укрепление обрушенных пород т.е. создание искусственной кровли путем закачки цементных растворов, химических закрепителей в обрушенные породы на глубину не менее 0.5м.

4) Возведение искусственных разобщителей в виде специально возводимых металлических гибких перекрытий, которые состоят из переплетенных полос металла с ячейками 0.5 на 0.5м или стеклотканных жгутов сверху закрытых одной или двумя рядами металлической сетки.

5) Слеживаемость - самый главный разобщитель.

12.2 Технология отработки мощных пологих и наклонных пластов наклонными слоями, механическими комплексами с обрушением кровли

Это наиболее простой вариант, когда пласт при этажной или панельной подготовке отрабатывают в два соя без деления этажей на подэтажи, а ярусов на подьярусы.

Подготовка осуществляется следующим образом:

От капитальной выработки проводят откаточный полевой штрек. Затем подготавливают пластовым слоевым конвейерным и вентиляционным штреками (2) и (6) лаву верхнего слоя. Вентиляционный и конвейерный штреки верхней лавы сбиваются сбойками и квершлагами с полевой выработкой. После отхода верхней лавы на расстояние не менее 100м или после полной ее отработки, это зависит от слеживаемости обрушенных пород, проведения разрезной печи (10) у границы выемочного поля и проведения на расстояние не менее 5м вентиляционного штрека (5) и конв. штрека (4) монтируют и запускают комплекс по нижнему слою. Конв и вент штреки второго слоя располагаются у почвы пласта, при этом конв. штрек (4) располагают выше по восстанию конв. штрека (2), а вент. штрек (5) соответственно несколько ниже вент штрека (6). Это делается для того, чтобы штреки (4) и (5) не попали в зону опорного давления, а располагались как раз в зоне разгрузки. При этом штреки (4) и (5) не опережают забой лавы более чем на 1.5 расстояния между сбойками, которые принимаются равными от 50 - 100м. Таким образом нижний слой отрабатывается почти по классической схеме сплошной системы разработки. Очистные работы могут начинать или с отставанием 100 м или после полной отработки.

Длина лав обычно не превышает 100 - 150м. Проветривание лав обособленное. Отработка лав в основном производится по простиранию, но может и по падению.

Смотри рисунок:

1 - полевой откаточный штрек этажа или горизонта;

2 - пластовый слоевой конвейерный штрек верхней лавы или слоя;

3 - короткие горизонтальные квершлаги на вентиляционный штрек;

3^{, -} наклонные гезенки (или сбойки) на полевой конвейерный штрек;

4 - конвейерный штрек нижней лавы;

5 - вент. штрек нижней лавы;

6 - вент. штрек верхней лавы;

7 полевой вент. штрек (бывший откаточный);

8 - капитальный бремсберг или уклон;

9 - механизированный ходок;

10 - монтажная камера для нижней лавы

12.3 Технология отработки мощных пологих пластов в один слой с выпуском подкровельной пачки

Технология отработки с применением комплекса типа КТУ - 2М. (томусинский комплекс).

Данная технология представляет собой комбинацию двух вариантов систем разработки: 1 - система разработки длинными столбами по простиранию;

2 система разработки длинными столбами по падению на всю высоту горизонта, т.е. сочетание двух вариантов столбовой системы при этажной или панельной подготовке верхнего слоя и погоризонтной схемы подготовки нижнего слоя с возведением механизированного слоевого гибкого металлического перекрытия и выемкой всего пласта в два слоя не одинаковых по мощности, с применением в верхнем слое комплекса поддеживающего типа, а в нижнем (подсечном) - механизированных крепей специальной конструкции (в лавах небольшой длины).

Межслоевая толща (пачка угля между верхним и подсечным слоем) вынимается с помощью буровзрывных работ с выпуском угля в подсечном слое.

Весь этот технологический комплекс со всеми средствами выемки и способом подготовки составляет сущность этой системы разработки и в целом называется комплекс - КТУ - 2М.

Данной системой отрабатываются пласты мощностью 0т 8 до 15м. При этом пласт любой из указанной мощности условно делится на два неравных по мощности слоя. Верхний слой мощностью 1.8 - 2.5м., нижний 5-13м и более.

Подготовка:

Для подготовки лавы или этажа проводят наклонные выработки: два бремсберга - (2) и (2^,) у почвы пласта по нижнему слою и один ходок между ними (1) по верхнему слою. См. рисунок.

Обозначение к рисунку:

1 - ходок находящийся между бремсбергами, проводимый по верхнему слою;

2 и 2^, - два бремсберга (основной и вспомогательный) у почвы пласта по нижнему слою;

3 сбойки

4 вент штрек соответственно верхней и нижней лавы;

5 конвейерный штрек соответственно верхней и нижней лавы;

6 основной штрек этажа или панели;

7 параллельный пластовый или полевой штрек;

7^, - вент. штрек нижнего слоя

8 вентиляционный ходок;

9 бремсберг конвейерный;

10 крепь КТУ;

11 гибкое перекрытие на почве верхнего слоя;

12 погрузочные пункты, бункер

Одновременно в верхнем слое готовят (8 и 4) лавы. Отрабатывают их одновременно с погашением целиков между лавами или последовательно. Длина лав 100 - 150м. Очистные работы ведутся с помощью комбайнов или широкозахватных механизированных комплексов. Вслед за выемкой угля в лавах ведут гибкое перекрытие, состоящее из металлических полос, укладываемых из расчета в четыре полосы по падению и четыре полосы по простиранию на 1 м² почвы.

...