Кафедра экономики и управления горным производством

3. Выбор схемы и способа подготовки шахтного поля

Под подготовкой шахтного поля понимают проведение подготовительных выработок после вскрытия месторождения, обеспечивающих условия для ведения очистной выемки.

Подготовка пласта к очистной выемке состоит из двух этапов. На первом этапе проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта. Этот этап называют способом подготовки. В основу разделения способов подготовки положены два признака: расположение подготавливающих выработок относительно угольного пласта и число разрабатываемых пластов, обслуживаемых подготавливающей выработкой. На этом этапе подготавливающими выработками являются транспортные (главные) штреки. В зависимости от расположения этих штреков относительно угольного пласта различают:
• пластовую подготовку;
• полевую подготовку;
• пластово-полевую (комбинированную) подготовку.
При пластовой подготовке весь комплекс подготавливающих выработок приходится по пласту. Ее применяют при устойчивых боковых породах, а также на пластах с углями, не склонными к самовозгоранию. Это, как правило, пласты тонкие и средней мощности.
Достоинства способа:
• отсутствие породных работ;
• получение дополнительной информации об элементах залегания пласта;
• более высокая скорость проведения выработок.
Недостатки способа:
• дополнительные расходы на поддержание выработок;
• ограниченная область применения на пластах , склонных к самовозгоранию.
При полевой подготовке весь комплекс подготавливающих выработок проводят по пустым породам. Ее применяют при неустойчивых боковых породах и на пластах с углями, склонными к самовозгоранию. Как правило, полевая подготовка сопутствует мощным угольным пластам.
Достоинства способа:
• расположение выработок вне зоны влияния очистных работ;
• хорошие условия поддержания выработок , длинный срок без ремонтов восстановительных работ;
• возможность применения способа на пластах, склонных к самовозгоранию.
Недостатки способа:
• большие затраты на проведение полевых выработок ;
• расположение, сложные условия проведения выработок, особенно при высокой крепости пустых пород ;
• низкие темпы проведения выработок и большая продолжительность подготовки пластов.
При пластово-полевой подготовке основные и этажные штреки проводят по пустым породам на некотором расстоянии от пласта, а вспомогательные – по пласту. Для соединения полевых выработок с пластовыми дополнительно проводят квершлаги или гезенки. Пластово – полевая подготовка находит широкое применение при разработки мощных пластов , особенно , если они склонны к самовозгоранию, поскольку позволяет снизить потери угля в целиках , оставляемых для охраны пластовой выработки.
В зависимости от числа пластов, обслуживаемых подготавливающей выработкой штреков, различают:
• индивидуальная подготовка;
• групповая подготовка.
При индивидуальной пластовой подготовке транспортные штреки проводят для каждого из разрабатываемых пластов. Особенность функционирования этих штреков заключается в том, что они поддерживаются весь период отработки соответствующего пласта. При наличии в шахтном поле мощного пласта применяют индивидуальную полевую подготовку.
При групповой подготовке откаточный штрек проводят общим для всех разрабатываемых пластов свиты или отдельной ее группы. При этом отпадает надобность поддерживать пластовые откаточные штреки.Их погашают по мере отработки пластов в пределах выемочного поля. Групповой штрек проводят полевым или по нерабочему пласту в лежачем боку разрабатываемой свиты.
Следующим этапом подготовки является проведение подготавливающих выработок в плоскости пласта. К ним относятся проводимые в пределах выемочного поля наклонные ( бремсберги, уклоны скаты) и горизонтальные выемочные (конвейерные и вентиляционные штреки) выработки. Результатом второго этапа подготовки является образование очистных забоев принятой длины в количестве, обеспечивающем принятую производственную мощность шахты. В зависимости от деления выемочной ступени шахтопласта на характерные части различают следующие схемы подготовки выемочных полей:
• этажная;
• панельная;
• погоризонтная;
• комбинированная.
Под схемой подготовки выемочного поля понимают совокупность характерно расположенных с учетом функционального назначения подготавливающих выработок, обеспечивающих формирование готовых к выемке частей шахтопласта.
Если пласт в пределах горизонта делят по падению на участки, вытянутые по простиранию , то такие участки называют этажами, а схему подготовки – этажной. Этаж – часть пласта в пределах горизонта, границами которой по падению являются откаточный и вентиляционный штреки, а по простиранию – границы шахтного поля. Все этажи в пределах горизонта обслуживаются одним бремсбергом или уклоном, которые называются капитальными.
Расстояние по линии падения пласта между верхней и нижней границами этажа называют наклонной высотой этажа. Наклонную высоту этажа для пологих и наклонных пластов рассчитывают, и ее величина может быть 200-450 м. в зависимости от количества лав в этаже и их длины.
Крыло этажа по простиранию иногда дополнительно делят на части, так называемые выемочные поля, в каждом из которых проводят промежуточные бремсберги или скаты. Таким образом, выемочное поле – часть пласта в пределах этажа, обслуживаемая специально проведенной наклонной выработкой. По простиранию размер выемочного поля до 1000 м, по падению – совпадает с наклонной высотой этажа и соответствует суммарной длине двух, трех лав. Выемочное поле по падению делят на подэтажи или выемочные участки (столбы), которые отделяются друг от друга промежуточными (подэтажными) штреками. В пределах выемочного участка располагается одна лава.
Этажный способ подготовки применяют на наклонных, крутонаклонных и крутых пластах. На пологих пластах он рекомендуется при наличии следующих условий:
• вскрытие шахтных полей наклонными стволами , проводимыми по падению пласта или пород лежачего бока;
• вскрытие вертикальными стволами, при котором мощность шахты может быть обеспечена работой ограниченного числа лав (четырех – шести);
• угол падения пластов более 8-10˚;
• размеры шахтных полей по простиранию до 4-5 км;
• разработка сильно газоносных пластов, особенно выбросоопасных . когда необходимо применять схемы подготовки и системы разработки с минимальным числом наклонных подготовительных выработок.
Достоинства схемы:
• небольшой объем проведения наклонных выработок;
• быстрый ввод очистного забоя (при прямом порядке обработки);
• простая схема вентиляции.
Недостатки схемы:
• большая протяженность этажных штреков и значительные затраты на их поддержание;
• низкая концентрация горных работ.
Если пласт в пределах горизонта делят по простиранию на участки, расположенные по падению пласта от верхней границы горизонта до нижней, то такие участки называют панелями , а схему подготовки шахтного поля – панельной .
Панель – часть пласта в пределах горизонта, обслуживаемая самостоятельным комплексом горизонтальных или наклонных транспортных и вентиляционных выработок. Границами панели по простиранию являются границы шахтного поля и условные линии – границы смежных панелей.
По простиранию размер панели достигает 2500-3000 м, по падению 1000-1200 м.
Панель по падению делят на более мелкие участки, вытянутые по простиранию – ярусы. Ярус – часть пласта в пределах панели, ограниченная выемочными, ярусными штреками (конвейерным и вентиляционным). В пределах каждой панели от главного откаточного штрека проводят бремсберг или уклон , которые называют панельными. Панель может быть однокрылой и двукрылой. Последние экономически выгоднее и технически совершеннее. В пределах яруса на каждом крыле панели располагают одну лаву.
Панельный способ подготовки применяют, как правило, при разработке горизонтальных пластов, а на пологих и наклонных пластах при наличии следующих условий :
• угол падения пластов до 20-25 ˚, при котором можно осуществлять полную конвейеризацию транспортирования угля в пределах панели;
• отработка одного или ограниченного числа пластов, когда необходимо обеспечить большую нагрузку на шахту;
• разработка пластов с переменным углом падения по линии их простирания , при этажном способе наклонная высота этажа в границах шахтного поля изменялась бы в весьма широких пределах;
• разработка нарушенных пластов , при этом участки пласта между нарушениями , расположенными по падению или под углом к нему , являютс своего рода панелями;
• длина шахтного поля по простиранию не более 8-10 км.
Достоинства панельной подготовки:
• технически наиболее простое увеличение нагрузки на пласт;
• благоприятные условия для применения прогрессивного конвейерного транспорта от очистного забоя до главного штрека и отработки ярусов обратным ходом, т.е. от границ панели к наклонной выработке.
Недостатки схемы:
• необходимость проведения большего числа наклонных выработок;
• сложная схема проветривания.
Если пласт в пределах горизонта делят по простиранию месторождения на выемочные столбы (участки), вытянутые по восстанию или падению от верхней границы горизонта до нижней, то такой способ подготовки называют погоризонтным. Границами выемочных столбов по простиранию являются выемочные выработки, транспортный бремсберг (или уклон) и вентиляционный ходок. В каждом столбе размещают одну или две лавы, забои которых располагаются по простиранию и перемещаются по падению или восстанию пласта.
Погоризонтный способ подготовки применяют в следующих условиях:
• на пластах с углом падения до 12-15˚ , при этом отработка выемочных столбов производится по падению, и до 6-8 ˚, если выемка запасов в столбе происходит по восстанию пласта;
• при различной газоносности пластов;
• умеренной обводненности пласта и пород, если столб отрабатывают по падению пласта, и любой – при выемке по восстанию;
• при сложной гипсометрии пласта, поскольку наклонные выработки проводят по заданному направлению, что обеспечивает их параллельность.
Мощность пласта при его отработке по восстанию обычно не превышает 2 м. Использование механизированных комплексов, а также увеличение природной газоносности пластов в результате перехода горных работ на большую глубину вызвало необходимость применения погоризонтного способа подготовки.
Достоинства способа:
• низкие капитальные затраты;
• быстрый ввод шахты в эксплуатацию.
Недостатки погоризонтного способа связаны с дополнительными трудностями, возникающими при проведении и эксплуатации длинных наклонных выработок, особенно на шахтах , сверхкатегорийных по метану, а также с ограниченной областью применения.
Если пласт в пределах отдельных горизонтов шахтного поля (или одного горизонта) делят на части различными способами, то такой способ подготовки называют комбинированным. Его применяют при изменчивых геологических условиях залегания пластов (переменный угол залегания по линии падения, увеличение газоносности, выявление крупных геологических нарушений и др.), а также при необходимости увеличения добычи шахты (особенно при ее реконструкции).
На основании горно-геологических условий применим панельную схему подготовки шахтного поля. Для первых двух пластов , которые приняты к одновременной разработке , с мощностями 1,9 м и 2,8 м применим индивидуальную пластовую подготовку. Для третьего пласта, мощность которого 4,5 м, применим пластово-полевой способ подготовки.
Размер панели по простиранию найдем делением на ~ равные части размера шахтного поля по простиранию. Получим две панели размерами по простиранию 6000/2 = 3000 м. Каждая панель будет включать определенное количество ярусов, в свою очередь каждый ярус по высоте включает одну лаву , размер которой принят 200 м. Количество ярусов в панели найдем делением размера выемочной ступени по падению (1150 м) на протяженность лавы , получим количество ярусов – 6, высота каждого яруса 1150/6 по 200 м.
При подготовке средних по мощности пластов после вскрытия пластов горизонтным квершлагом проводим в оба крыла шахтного поля главные штреки на длину, несколько превышающую половину размера панели по простиранию. В средней части каждой панели сооружаем нижние приемно-отправительные площадки. От главного штрека проходим для каждой панели бремсберг, на расстоянии 30 м. от него – два ходка, людской и грузовой, проходим до верхней границы выемочной ступени. Ярусы отрабатываются нисходящим порядком, в пределах яруса – обратным ходом, поэтому на уровне первого яруса проводим откаточный и вспомогательный ярусные штреки на всю длину панели. Затем сооружаем приемно- отправительную площадку и подготавливаем очистной забой к выемке. В целях обеспечения системы вентиляции по верхней границе панели проходим вентиляционный штрек, который соединяем с поверхностью шурфом, там, где необходимо оборудуем вентиляционные двери.
По мере отработки первого яруса для поддержания добычи по шахте на необходимом уровне заранее готовим второй, затем третий и т.д. По мере отработки первой панели готовим вторую. Так как в пределах горизонта имеем две панели, то не имеет значения , какую панель будем отрабатывать первой, примем левую. Соответственно главный откаточный штрек может быть проведен сначала по левому крылу, затем по мере необходимости подготовки второй панели проводится по правому крылу.
При отработке одного из пластов в пределах горизонта, приступаем к отработке третьего мощного пласта. Схема подготовки несколько отличается от первых двух пластов. Здесь главный откаточный штрек и ярусные откаточные штреки проводим по пустым породам на небольшом расстоянии от пласта, остальные выработки проводим , как и при пластовой подготовке – по пласту. Для соединения полевых и пластовых выработок проходим промежуточные квершлаги. Схема транспортировки и вентиляции остается такой же, как и при пластовой подготовке. Применение пластово-полевой подготовки позволит избежать обвалов угольного пласта, потерь угля в целиках , получить лучшую схему по изоляции пожаров и выбросов газов, которые наиболее вероятны при разработке мощных пластов.
По мере отработки запасов первого горизонта, производят углубление вертикальных стволов и вскрытие второй выемочной ступени, после чего ведут подготовку в том же порядке , как и для первого горизонта. В качестве вентиляционного штрека для верхних ярусов используем откаточный штрек предыдущего горизонта.