Кафедра экономики и управления горным производством

4. Выбор и обоснование системы разработки


Система разработки – определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах разрабатываемой части шахтопласта, увязанный в пространстве и времени. Этими частями могут быть этаж(подэтаж), панель, ярус (подъярус).
Рациональная система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать безопасность ведения горных работ; обусловливать высокий уровень технико-экономических показателей; иметь минимальные потери. Под технико–экономическими показателями понимают возможно наибольший уровень производительности труда и минимальную себестоимость добычи полезного ископаемого.
На выбор системы разработки оказывают влияние различные факторы. Основными из них являются: форма залегания, строение, мощность и угол падения пласта; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и обводненность месторождения; склонность угля к самовозгоранию; склонность угольных пластов к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ.
Наибольшее влияние на выбор системы разработки оказывают мощность и угол падения пласта. От мощности пласта зависит решение таких вопросов, как способ проведения и поддержания горных выработок, выбор технологии очистных работ , возможность разработки пласта на полную мощность или необходимость деления его на слои, крепление очистной выработки и управления горным давлением. Выбор средств механизации очистных работ, крепления и управления кровлей во многом зависит и от угла падения пласта. Этот фактор является решающим при выборе средств доставки угля в забое при его расположении по падению пласта. Его также учитывают при выборе формы и длины очистного забоя.
Свойства вмещающих пород являются решающим фактором при выборе способа управления горным давлением (управления кровлей), а также поддержанием выемочных выработок и их расположения. Они оказывают существенное влияние на выбор средств механизации очистных работ.
Такой фактор, как склонность угля к самовозгоранию, обусловливает необходимость принятия таких решений, которые обеспечивали бы резкое снижение потерь угля. На удароопасных пластах необходимо избегать таких ситуаций, когда в угольных целиках и краевых зонах проявляется повышенная концентрация напряжений.
Перечисленные факторы, как правило, оказывают комплексное влияние на выбор систем разработки и их параметров.
Разнообразие горно–геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их вариантов.
Системы разработки пластовых месторождений можно представить в виде следующей классификации.
1. Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность.
1.1. С длинными очистными забоями (сплошные, столбовые, комбинированные).
1.2. С короткими очистными забоями ( камерные, камерно – столбовые, подэтажные штреки).
2. С разделением пласта на слои (наклонные, горизонтальные и поперечно- наклонные).
Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность характеризуются относительной простотой, так как все подготовительные выработки располагаются в плоскости пласта. Системы разработки с разделением пласта на слои конструктивно более сложны и многообразны. Около 75 % подземной добычи угля дают столбовые системы разработки с длинными очистными забоями.
Сплошная система разработки характеризуется одновременным ведением подготовительных и очистных работ в выемочном поле. Забои откаточного и вентиляционного штреков, формирующих выемочное поле, движутся в том же направлении, что и очистной забой. Для нее характерны: прямой порядок отработки в крыле шахтного поля или в пределах выемочного поля; породные забои подготовительных выработок перемещаются вслед за очистными, за исключением откаточного штрека, проводимого с опережением на 50-70 м; подготовительные выработки поддерживаются в зоне влияния выработанного пространства.
Достоинства сплошной системы разработки:
• быстрый ввод в эксплуатацию очистных забое;
• возможность размещения в шахте пустой породы, получаемой при проведении подготовительных выработок.
Недостатки сплошной системы разработки:
• сложность совмещения подготовительных и очистных работ в одном выемочном поле;
• большие затраты на поддержание подготовительных выработок;
• отсутствие доразведки условий залегания угольного пласта;
• утечки воздуха через выработанное пространство.
Столбовая система разработки – это такая система, при которой часть пласта в пределах этажа или яруса до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, в результате чего образуются столбы. Для нее характерны: обратный порядок отработки пласта в крыле шахтного поля или в пределах выемочного поля; разделение в пространстве и времени очистных и подготовительных работ в пределах этажа (подэтажа) или яруса, подготовительные выработки поддерживаются в массиве, по мереподвигания очистного забоя они погашаются (или частично сохраняются при бесцеликовой подготовке).
Достоинства столбовой системы разработки:
• относительно низкие затраты на поддержание подготовительных выработок;
• доразведка условий залегания угольного пласта;
• независимое ведение подготовительных и очистных работ;
• минимальные утечки воздуха.
Недостатки системы разработки:
• длительные сроки подготовки очистного забоя;
• более сложная схема проветривания.
Камерная система разработки характеризуется отработкой выемочного пространства узкими и длинными очистными выработками – камерами. Длина камер достигает 200-250 м ширина 4-12 м. Забой в камерах подвигают по восстанию пласта или диагонально до границ шахтного поля или панели. Между смежными камерами оставляются целики шириной 3-5 м. Проходка выработок и выемка угля в камере осуществляются специальными комбайнами.
В отдельных случаях после отработки двух смежных камер обратным ходом осуществляют частичное погашение междукамерного пространства. Такой вариант представляет собой разновидность камерно-столбовой системы разработки.
Область применения камерной и камерно – столбовой системы разработки: пласты мощностью 1,5-3 м. с углами падения до 15˚, залегающие на глубине до 300 м. в устойчивых и средней устойчивости породах ; газоносность пласта должна быть не более 10 м/т. Применение ее неэффективно на пластах с высококачественным, особенно коксующимся углем, а по условиям безопасности – на пластах, угли которых склонны к самовозгоранию, опасны по внезапным выбросам угля и газа, а также по горным ударам.
Основное преимущество камерной и камерно – столбовой системы разработки – возможность применения для очистных и подготовительных работ одного и того же комплекта оборудования, а также высокие технико–экономические показатели при ведении работ. К недостаткам относятся высокие потери полезного ископаемого (до 35%) и ограниченную область применения.
В зонах нарушений с амплитудой смещения более 2 м. участки пластов мощностью 3,5 -5 м. с углами падения 40-90˚ могут разрабатываться буровзрывным способом с применением подэтажных штреков без крепления призабойного пространства.
При подготовке пластов к выемке откаточный и вентиляционный штреки проходятся у почвы пласта на длину выемочного поля. Отработка подэтажей в этаже производится в нисходящем порядке с опережением не менее чем на 15 м. Очистные работы включают : проведение разрезной щели, выемка угля буровзрывным способом лентами шириной 1-1,5 м, после подвигания забоя на 10-15 м. производится посадка кровли самообрушением с частичным перепуском обрушенных пород с вышележащего горизонта.
Данная система разработки позволяет достичь максимальных технико – экономических показателей. Она обеспечивает максимальную месячную добычу угля (6,5- 7,5 тыс.т.) и производительность труда рабочего по участку (60-90 т), минимальный объем проведения подготовительных выработок на 1000 т, минимальную себестоимость угля.
Однако из-за больших потерь угля и высокой пожароопасности система применяется редко.
Мощные пласты в некоторых горно-геологических условиях не представляется возможным отрабатывать на полную мощность. Их отработку осуществляют отдельными частями – слоями. Слой – ограниченная двумя параллельными плоскостями часть мощного угольного пласта, отрабатываемая как пласт средней мощности.
Условные плоскости, разделяющие пласт на слои, могут располагаться параллельно кровле и почве, горизонтально или наклонно к плоскости напластования. В зависимости от этого различают деление мощных пластов на наклонные, горизонтальные и поперечно- наклонные слои.
Деление пластов на наклонные слои применяется при их пологом залегании и мощности 3,5-5 м с обрушением пород кровли, и при их крутом залегании и мощности до 12 м с выемкой угля полосами по простиранию. Отработку слоев, как правило, ведут столбовыми системами разработки. В каждом слое для подготовки его к очистной выемке проводят необходимые подготовительно – нарезные выработки. Откаточный штрек проводят один на несколько слоев.
Разделение на горизонтальные слои применяют при разработке крутых пластов (угол падения более 30˚) мощностью более 10м, а также при отработке замковых частей складок мощных пластов. В зависимости от мощности пласта в каждом слое проводят один или два слоевых штрека. Обычно забой располагают вкрест простирания, с подвиганием по простиранию пласта . Система разработки в слое - столбовая. Выемка угля может быть механизированной и взрывной. Управление кровлей может осуществляться полным обрушением и полной закладкой.
Систему разработки поперечно- наклонными слоями применяют для выемки запасов, расположенных под списанными пожарными участками, под сооружениями и водоемами на поверхности; на пластах мощностью 5-10м и углах падения 50-70˚ . Вмещающие породы должны быть устойчивыми а уголь крепким и вязким. Необходимое условие применения системы – возведение закладочного массива высокой плотности . Особенность этой системы разработки заключается в том, что в слоях заблаговременно слоевые штреки по углю не проводят, а сооружают их в закладываемом пространстве.
На основании горно-геологических условий и принятой схемы подготовки пластов к очистной выемке применим столбовую систему разработки с длинными очистными забоями.
Подготовка выемочных столбов в каждом ярусе заключается в проведении от бремсберга конвейерного и вентиляционного штреков до границ панели. На границе панели между этими штреками проводим разрезную печь, которую затем расширяем, образуя камеру для монтажа очистного оборудования. После этого начинаем отработку столба обратным ходом.
В целях снижения потерь угля и удельного объема проведения подготовительных выработок применим отработку без оставленных целиков между выемочными выработками в соседних ярусах. Для этого конвейерный штрек не погашаем, а поддерживаем, чтобы использовать в качестве вентиляционного при выемке нижележащего столба.
Уголь от очистного забоя транспортируем по конвейерному штреку, затем по бремсбергу до погрузочного пункта на откаточном штреке. Свежий воздух в очистной забой подаем с откаточного штрека по ходкам и конвейерным штрекам. Исходящая струя по вентиляционному штреку поступает в ходки и далее на вентиляционный горизонт шахты или по шурфу на поверхность.