Технология подземных горных работ

Рисунок 1.9 - Схемы прямого (а) и обратного (б) порядка отработки крыла шахт­ного поля: 1 — бремсберг; 2 — ходок, 3 — разрезная печь; 4 — вентиляционный штрек; 5 — бутовая полоса, б—откаточный штрек

Прямой порядок отработки по сравнению с обратным име­ет следующие преимущества: более короткий срок подготовки очистных забоев, отсутствие предварительных затрат на прове­дение штреков значительной протяженности.

Достоинства обратного порядка отработки заключаются в следующем: снижаются затраты на поддержание этажных или ярусных штреков; возможно устранение утечек через вырабо­танное пространство свежей струи воздуха; достигается незави­симость очистных работ от подготовительных; осуществляется доразведка условий залегания угольного пласта.

При делении шахтопласта на этажи, а их, в свою очередь, — на выемочные поля, последние могут отрабатываться прямым и обратным ходом. Преобладает прямой порядок отработки вы­емочных полей, а в пределах выемочного поля — обратный.

При делении шахтопласта на панели их в бремсберговой ступени отрабатывают последовательно от ствола к границам по простиранию. Это позволяет уменьшить объем работ по проведению главных штреков при подготовке первых панелей. Панели в уклонной ступени нецелесообразно отрабатывать в об­ратном направлении, то есть от границ шахтного поля, погашая при этом главные штреки. Отработка ярусов в панели осущест­вляется, как правило, обратным ходом.

1.8. Общая характеристика вскрытия пластовых

месторождений

При описании вскрытия пластовых месторождений приня­то различать способ и схему вскрытия, в основу которых поло­жено наличие основной и дополнительной вскрывающих выра­боток.

Способ вскрытия — совокупность основных вскрывающих выработок в шахтном поле относительно транспортного гори­зонта с учетом их функционального назначения. Различают че­тыре способа вскрытия: вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированный, представляющий со­четание первых двух или трех способов.

Схема вскрытия — пространственное расположение сети основных и дополнительных вскрывающих выработок в шахт­ном поле. Различают следующие основные схемы вскрытия:

• по числу транспортных горизонтов — одногоризонтные и многогоризонтные . В первом случае шахтное поле отрабаты­вают с одного транспортного горизонта, что исключает углубку шахтных стволов, во втором — с проведением вскрывающих выработок на двух и более горизонтах, что вызывает необходи­мость углубки стволов;

• по типу дополнительных вскрывающих выработок — без дополнительных вскрывающих выработок; с квершлагами (ка­питальными, горизонтными, этажными); с гезенками (капиталь­ным и этажным); со слепыми стволами.

Кроме перечисленных схем вскрытия встречаются многие их разновидности.

На выбор способов и схем вскрытия оказывают влияние сле­дующие факторы: размеры шахтного поля; угол падения, мощ­ность и число пластов в шахтном поле; расстояние между пла­стами; мощность наносов или непродуктивной толщи; рельеф поверхности; глубина разработки; нарушенность месторожде­ния; свойства вмещающих пород; газоносность, выбросоопасность и удароопасность угольных пластов; обводненность ме­сторождения; склонность угля к самовозгоранию; производст­венная мощность и срок службы шахты; уровень развития гор­нодобывающей техники; возможность постоянного воспроиз­водства подготовительных и готовых к выемке запасов; надеж­ность вентиляции и др.

Основными требованиями при выборе схемы вскрытия яв­ляются: минимальный объем вскрывающих горных выработок;

Выбор схемы вскрытия месторождения является одной из важнейших задач при проектировании шахты. Окончательно выбирается та схема, которая в большей мере отвечает услови­ям данного месторождения и удовлетворяет принятым критери­ям..

1.9. Вскрытие пластовых месторождений

1.9. 1. Вскрытие одиночных пластов

При наличии в шахтном поле одного пласта применяют вскрытие без дополнительных вскрывающих выработок , ограни­чиваясь проходкой только шахтных стволов.

На рис. 1.10 представлено вскрытие одиночного пласта вер­тикальными стволами с расположением околоствольного двора в лежачем боку пласта. На горизонте околоствольного двора откаточным штреком шахтное поле по падению разделено на две ступени: бремсберговую и уклонную. При делении на пане­ли, как показано на рисунке, от откаточного штрека проводят панельные бремсберги с ходками, а в уклонной части — па­нельные уклоны. Показан обратный порядок ведения очистных работ в пределах панели.

При делении на этажи необходимо было бы провести капи­тальный бремсберг с ходком, а в уклонной части — капиталь­ный уклон.

Уголь от очистного забоя по конвейерному штреку посту­пает на панельный бремсберг, затем на откаточный штрек, да­лее — к околоствольному двору. По главному стволу уголь в скипах выдается на поверхность. Из уклонной части уголь вы­дается на откаточный горизонт по панельному уклону.

Свежий воздух в шахту поступает по вспомогательному стволу, затем по сети воздухопроводящих выработок (откаточ­ный штрек, бремсберг (ходок), конвейерный штрек) поступает в очистной забой. Исходящая струя от забоя по вентиляционно­му штреку поступает на один из ходков бремсберга, а затем по шурфу на поверхность.

Рисунок 1.10 - Вскрытие одиночного пласта вертикальными стволами: а — разрез вкрест простирания; б — разрез в плоскости пласта; 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3 — шурф; 4 — панельные бремсберги с ходками; 5 — околоствольный двор; 6 — откаточный штрек

Наиболее простым для одиночного пологого пласта являет­ся вскрытие наклонными стволами (рис. 1.11). Обычно проходят несколько параллельных друг другу стволов: один из них явля­ется главным, остальные — вспомогательными. Большей частью их проводят по пласту полезного ископаемого. Расстояние ме­жду главным и вспомогательными стволами принимается рав­ным не менее 40 м.

При таком вскрытии и незначительных размерах шахтного поля по простиранию шахтопласт делят на этажи. Стволы про­ходят до отметки первого этажа. После этого начинаются под­готовительные работы в этаже. Отработка крыльев шахтного поля может осуществляться как прямым, так и обратным хо­дом. В первом случае объем подготовительных работ до начала очистной выемки минимальный. На схеме показан обратный порядок отработки.

До окончания очистных работ в первом этаже осуществля­ют проходку стволов до отметки второго этажа, где вновь осу­ществляют подготовку очистных забоев.

Свежая струя воздуха по одному из стволов поступает в околоствольный двор, где разделяется на оба крыла шахтного поля. Из откаточных (конвейерных) штреков воздух направля­ется в очистные забои, далее через вентиляционный штрек и ствол на поверхность.

Рисунок 1.11 - Вскрытие пологого пласта наклонными стволами: а—разрез вкрест простирания; б—разрез в плоскости пласта; 1, 3—вспомогательные стволы; 2 — главный ствол; 4 — этажный вентиляционный штрек; 5 — просек; 6 — этажный откаточный штрек; 7— околоствольный двор

Вскрытие наклонными стволами требует меньших капи­тальных затрат, чем вскрытие вертикальными стволами, позво­ляет быстрее начать очистные работы и осуществить полную конвейеризацию транспорта полезного ископаемого от очист­ного забоя до поверхности. Этот способ вскрытия целесообраз­но применять при освоении месторождений с пологими или на­клонными пластами, залегающими близко к поверхности, на­пример при строительстве опытно-промышленных участков Ерунаковского геолого-промышленного района.

1.9. 2. Вскрытие пологих и наклонных пластов вертикальными стволами

Наиболее распространенным на пологих и частично на­клонных пластах является вскрытие вертикальными стволами с капитальным квершлагом (рис. 1.12). Это одногоризонтное вскры­тие. Его сущность заключается в том, что шахтное поле по па­дению транспортным горизонтом делится на две выемочные сту­пени — бремсберговую и уклонную. Стволы (главный и вспо­могательный), располагаемые на одной общей промплощадке, проходят до отметки транспортного горизонта, а непосредст­венное вскрытие пластов осуществляется капитальным квер­шлагом, проведенным от околоствольного двора.

Сначала отрабатывают пласты бремсберговой части, затем — уклонной. Свежий воздух в шахту поступает по вспомога­тельному стволу в выработки транспортного горизонта. При от­работке бремсберговой ступени он по ходкам бремсбергов по­ступает в ярусные конвейерные штреки, затем — в очистные за­бои, далее по цепи вентиляционных выработок — на поверх­ность. При отработке уклонной ступени воздух для проветрива­ния поступает по одному из ходков, далее, пройдя по цепи воздухопроводящих выработок, исходящая струя по другому ходку поднимается вверх, к транспортному горизонту. Для выдачи ис­ходящей струи на поверхность необходимо иметь специальные вентиляционные выработки (штреки, квершлаг, шурфы и др.).

Рисунок 1.12 - Вскрытие вертикальными стволами с капитальным квершлагом: а — разрез вкрест простирания; б — план транспортного горизонта; 1 — главный ствол; 2—вспомогательный ствол; 3—капитальный квершлаг; 4—главный штрек; 5—шурф

Доставка угля как с бремсберговой, так и с уклонной сту­пени осуществляется на общий транспортный горизонт. Капи­тальный квершлаг, пройденный на этом горизонте, служит весь срок отработки запасов шахтного поля. В пределах выемочных ступеней шахтопласт может быть разделен как на панели, так и на этажи. Деление на панели яв­ляется наиболее распространенным.

Рассматриваемая схема вскрытия применяется преимуще­ственно на пологих пластах и размерах шахтного поля по паде­нию до 2—2,5 км. При очень пологих пластах (до 8°), когда го­ризонтальные квершлаги становятся слишком длинными, их заменяют наклонными квершлагами или гезенками.

Достоинствами вскрытия вертикальными стволами с капи­тальным квершлагом являются его простота, большой срок службы транспортного горизонта и, главное, отсутствие необ­ходимости углубки стволов во время эксплуатации шахты. На­личие уклонной ступени, осложняющее ее проветривание и тран­спортное обслуживание, необходимость участкового водоотли­ва в уклонах, утечки воздуха между уклоном и ходками явля­ются недостатками этой схемы вскрытия. Поэтому целесооб­разным следует считать осуществление восходящего проветри­вания уклонных ступеней через воздухоподающий ствол (сква­жину) и квершлаг, пройденный по нижней границе шахтного поля. Такой принцип проветривания заложен в проекте шахты «Анжерская-Южная».

При тех же углах падения, при которых применяется преды­дущая схема, но при больших размерах шахтного поля по па­дению (от 2,5 до 4 км) осуществляют вскрытие вертикальными стволами с горизонтальными квершлагами (рис. 1.13). Сущность этой схемы вскрытия состоит в том, что шахтное поле делят по ли­нии падения на выемочные ступени путем последовательной уг­лубки стволов и проведения на каждом транспортном горизон­те горизонтных квершлагов. Сначала стволы проходят до от­метки первого горизонта, на котором пласты непосредственно вскрывают квершлагом. На него отрабатывают запасы брем­сберговой части в том же порядке, как и в предыдущей схеме. По мере отработки запасов стволы углубляют до второго гори­зонта, где вновь проходят горизонтный квершлаг. При отработ­ке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта яв­ляется вентиляционным. Отработка запасов может произво­диться как бремсберговым, так и частично уклонными полями.

Проветривание горных выработок и транспорт полезного ископаемого осуществляются так же, как при отработке бремс­берговой ступени в предыдущей схеме.

По сравнению с предыдущей схемой вскрытие вертикаль­ными стволами с горизонтными квершлагами имеет следующие достоинства: возможность отработки запасов бремсберговыми полями, проще схема проветривания, возможность обновления горного хозяйства шахты при переходе на новый горизонт.

Недостатки — меньший срок службы транспортного гори­зонта, необходимость углубки шахтных стволов и замены подъ­емных машин, увеличение капитальных затрат.

Рисунок 1.13 - Вскрытие вертикаль­ными стволами с горизонталь­ными квершлагами: 1 — главный ствол; 2 — вспомога­тельный ствол; 3 — горизонтный квершлаг; 4 —главный штрек

Рассмотренные схемы вскрытия пологих пластов с верти­кальными стволами наиболее распространены по сравнению с другими схемами, к которым относятся вскрытие вертикаль­ными стволами с этажными квершлагами, вертикальными стволами с капитальными или этажными гезенками (на пластах с углами падения до 8°) и др.

1.9. 3. Вскрытие крутонаклонных и крутых пластов

При наличии в шахтном поле крутонаклонных и крутых пластов применяют вскрытие вертикальными стволами с этаж­ными квершлагами (рис. 1.14). Стволы во избежание потерь угля в охранных целиках под промплощадкой располагают в лежа­чем боку свиты. В этом случае стволы не будут подвергаться деформациям под влиянием очистных работ.

При этой схеме вскрытие запасов угля проводится через 100—120 м по вертикали. Указанная высота считается в насто­ящее время оптимальной. Стволы проходят до отметки тран­спортного горизонта первого этажа, где сооружается около­ствольный двор. От околоствольного двора проводят этажный квершлаг, непосредственно подсекающий угольные пласты. По мере отработки первого этажа стволы углубляют до второго го­ризонта и так далее.

При групповой подготовке от квершла­га проводят полевой штрек, который в каждом выемочном по­ле (блоке) имеет выход к пластам посредством проведения проме­жуточных квершлагов.

Рисунок 1.14 - Вскрытие вертикальными ство­лами с этажными квершлагами: 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3—пластовые откаточные штреки; 4— этажные квершлаги; 5 — полевые штреки; 6 —шурф

Уголь из очистных забоев по участковым выработкам поступает на откаточный горизонт, затем рельсовым транспортом к околоствольному двору, откуда по скиповому стволу выдается на поверхность.

Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, оборудованному одно- или двуклетевым подъемом, на транспортный горизонт и далее по этажному квершлагу, поле­вому штреку, промежуточному квершлагу, пластовым штрекам на выемочные участки. Исходящая струя по вентиляционным выработкам (бывшим откаточным) поступает либо к вентиля­ционным стволам на флангах шахтного поля, либо через ски­повой ствол в центре выдается на поверхность. При отработке первого этажа исходящая струя выдается через вентиляционные штреки и шурфы.

На некоторых шахтах для подготовки нового горизонта проходят третий вертикальный ствол, располагаемый на той же промплощадке. Он называется породоуглубочным. Предназна­чен также и для других целей, например проветривания.

Достоинствами вскрытия вертикальными стволами с этаж­ными квершлагами являются более простые схемы транспорта и проветривания. К недостаткам следует отнести небольшой срок службы этажа и необходимость частой углубки стволов, обору­дование околоствольных дворов на каждом горизонте и др.

1.9. 4. Вскрытие свиты пластов наклонными стволами

Вскрытие наклонными стволами может применяться при любых углах падения пластов. Угол наклона стволов зависит от вида транспорта полезного ископаемого по наклонному стволу: до 18° используют ленточные конвейеры, при 19—25°— ваго­нетки, более 26°— скипы. Наиболее прогрессивным видом транспорта по наклонному стволу является конвейерный, обес­печивающий возможность непрерывного транспортирования угля от забоя до поверхности. Стволы проводят по нижнему пласту вскрываемой свиты или в устойчивых породах лежаще­го бока.

Параллельно друг другу проводят несколько стволов: один из них главный, остальные — вспомогательные. Стволы по пластам полезного ископаемого проводят на некрупных шахтах, с тонкими пластами и средней мощности, с углями, не склонными к самовозгоранию.

Рисунок 1.15 - Вскрытие наклонными стволами с капитальным квершлагом: 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол (пройден параллельно главному); 3 — шурф; 4— капитальный квершлаг; 5—главные штреки транспортного горизонта

При вскрытии свиты пластов наклонными стволами могут применяться схемы, аналогичные вскрытию с вертикальными стволами: с капитальным квершлагом, с горизонтальными квер­шлагами, с этажными квершлагами и др. Для них характерны те же достоинства и недостатки, что и для схем с вертикаль­ными стволами.

Вскрытие наклонными стволами с капитальным квершлагом (рис. 1.15) по сравнению с другими схемами является более пред­почтительным, особенно при восходящем проветривании уклон­ной ступени шахтного поля, поскольку отсутствуют работы по углубке шахтных стволов. При этой схеме вскрытия возможно рас­положение наклонных стволов в пустых породах и пройден­ных со стороны висячего бока вкрест простирания свиты пластов.

1.9. 5. Вскрытие штольнями

Вскрытие штольнями (рис. 1.16) применяют в гористой ме­стности, когда промышленные запасы угля выше штольневого горизонта обеспечивают длительный срок службы шахты.

. В зависимости от условий расположения промплощадки и удоб­ства прокладки подъездных путей штольни могут быть пройдены как вкрест простирания, так и с фланга залежи полезного ископаемого. Устье штольни должно находиться выше воз­можного максимального уровня паводковых вод.

Рисунок 1.16 - Вскрытие штольней пологих пластов: 1—штольня;.2—шурф; 3—откаточные штреки

Штольневое вскрытие может применяться при любых углах падения пластов. При пологом залегании пластов отработка за­пасов на штольневом горизонте может осуществляться бремсберговыми и уклонными полями. Для выдачи исходящей струи из ук­лонной ступени необходимо провести вентиляционную штольню.

Свежий воздух в шахту поступает по штольне. Исходящая струя из шахты выдается по шурфам или другим вентиляцион­ным выработкам.

Достоинства штольневого вскрытия по сравнению со ство­лами: проще схемы транспортирования грузов и водоотлива; отсутствует подъем; простая схема поверхностного комплекса.

1.9. 6. Комбинированное вскрытие

Наличие в шахтном поле одного типа главной вскрываю­щей выработки в некоторых условиях не позволяет достичь ожи­даемого экономического эффекта от производственной деятель­ности горного предприятия. Иногда возникает необходимость осу­ществлять комбинацию рассмотренных выше схем вскрытия.

Комбинированное вскрытие представляет собой наличие раз­ного типа основных вскрывающих выработок: вертикальный и

наклонный стволы; штольня и вертикальный ствол; штольня с наклонными стволами и др. В качестве главной вскрывающей выработки чаще используется наклонный ствол, проводимый под углом 12—18°, в качестве вспомогательной — вертикаль­ный. Главный наклонный ствол оборудуют мощным ленточ­ным конвейером. Комбинированные схемы вскрытия осуще­ствлены при строительстве ряда крупных шахт (например, шах­та «Распадская» в Кузбассе).

На рис. 1.17 представлено комбинированное вскрытие с ка­питальным квершлагом и непосредственной погрузкой угля на наклонный ствол. При таком варианте вскрытия вспомогатель­ный вертикальный ствол проходят до нижней границы шахт­ного поля, где сооружается околоствольный двор. На этом же горизонте проводят капитальный квершлаг, по которому осу­ществляется вспомогательный транспорт. Наклонный главный ствол проводят вкрест простирания со стороны висячего бока под углом, обеспечивающим эффективную выдачу угля ленточным конвейером. На бремсберговую и уклонную ступени шахтопласты делятся в точках их пересечения с наклонным стволом.

Эта разновидность комбинированного вскрытия позволяет осуществить восходящее проветривание уклонной ступени шахт­ного поля.

Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, капитальному квершлагу и штрекам. Далее он движется по наклонным пластовым выработкам снизу вверх. Исходящая струя на поверхности выдается через шурфы.

Комбинированное вскрытие, включающее главный наклон­ный и вспомогательный вертикальный стволы, позволяет осу­ществить эффективный конвейерный транспорт полезного ис­копаемого от забоя до поверхности. Наличие вертикального вспо­могательного ствола обусловливает эффективность вспомога­тельного транспорта: спуск-подъем людей, доставку материа­лов и оборудования и др.

29-04-2015, 01:09