Формы и границы шахтных полей

ПАРАМЕТРЫ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Формы и границы шахтных полей

 

Шахтное поле - часть месторождения ПИ, отведенная для разработки

одной шахтой. Реальное шахтное поле имеет самую

различную конфигурацию.

Для простоты изложения материала будем рассматривать шахтное поле прямоугольной формы, с моноклинальным залеганием пластов (угол падения постоянен), причем линия падения пласта направлена вниз (рис 1.1).

 

Рисунок 1.1- Элементы залегания угольного пласта и границы шахтного поля

 

Границы шахтного поля бывают естественные, проведенные у различных горно-геологических нарушений, и технические, установленные руководством ПО или ГХК. Шахтное поле имеет размеры по простиранию-S, по падению - H.

Различают геологические, балансовые, забалансовые и промышленные запасы. Q_г- геологические запасы-все запасы ПИ, находящиеся в пределах данного шахтного поля. Q_б- балансовые запасы ПИ-запасы, которые экономически целесообразно разрабатывать при данном уровне развития техники и технологии. Q_з - забалансовые запасы ПИ-запасы, которые при данном уровне развития техники и технологии не целесообразно разрабатывать. Q_пр – промышленные запасы ПИ-запасы, выдаваемые на поверхность. Для простоты изучения материала Q_з = 0. Тогда Q_г= Q_б, промышленные запасы Q_пр= Q_б-Q_потерь. Потери бывают общешахтные и эксплуатационные. К общешахтным относятся потери угля в целиках, оставляемых для охраны стволов и промплощадки, а также в целиках, оставляемых у границ шахтного поля или у геологических нарушений. К эксплуатационным потерям относятся потери угля в целиках, оставляемых для охраны горных выработок, а так же потери угля в очистных забоях.

В упрощенном виде промышленные запасы рассчитываются по формуле:

Q_пр= S H SрCu,

где S и H - соответственно размеры шахтного поля по простиранию и падению, м. Sр - суммарная производительность разрабатываемых пластов. Sр=S(m_i g_i ),т/м² ; m_i - вынимаемая мощность угольного пласта, g_i- объемный вес угля, Сu-коэффициент извлечения. В зависимости от мощности пластов и угла падения он равен 0,92-0,8.

 

 

Параметры шахты

 

К основным параметрам шахты относятся Q_пр, Aг(Ас)-годовая или суточная добыча и срок службы шахты Т. Между ними существует зависимость:

 

Т= Q_пр/А_г + t_р,_з,

 

где t_р,_з – время на развитие и затухание добычи.

 

 

Типы шахт

 

Различают индивидуальные и блоковые типы шахт (рис 1.2).

Рисунок 1.2 – Типы шахт: a) - индивидуальный, б) - блоковый

 

Согласно норм технологического проектирования (НТП) при размере шахтного поля по простиранию S>6 км и газообильности q_ch4 10 м³/т принимается блоковый тип шахты. Каждый блок имеет свою независимую схему проветривания. Для этого в каждом блоке проводятся воздухоподающий и вентиляционные стволы. Уголь со всех блоков транспортируется в центральный блок и по скиповому стволу выдаётся на поверхность. В том случае, когда шахтное поле по падению разбито на несколько транспортных ступеней и в каждой из них проводятся воздухоподающие и вентиляционные стволы, происходит деление шахтного поля на блоки и по падению. Размер блока по падению принимается Н_бл 1,5-2,5км, по простиранию S_бл =3-6 км. Добыча из блока А_бл=3-5 тыс.т/сутки. Исходя из этого, одновременно в работе могут находится 2-3 блока.

 

ВСКРЫТИЕ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

Вскрытием называется проведение горных выработок, дающих доступ с земной поверхности к ПИ и позволяющих вести подготовительные работы.

К вскрывающим выработкам относятся стволы (вертикальные, наклонные, слепые и горизонтальные, т.е. штольни), квершлаги и уклоны. Вскрытыми считаются запасы ПИ, лежащие выше пересечения вскрывающей выработки с ПИ.

Требования, предъявляемые к схемам вскрытия шахтных полей

 

При выборе схемы вскрытия шахтного поля учитываются следующие требования:

1. Минимальные затраты и время на строительство шахты.

2. Минимальные затраты за все время работы шахты.

3. Обеспечение комфортных условий подземных рабочих и хорошего проветривания шахты.

4. Техника безопасности должна быть на должном уровне (с каждого рабочего горизонта должно быть не менее 2 выходов на земную поверхность).

5. Возможность обновления горного хозяйства.

 

СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

После вскрытия шахтного поля приступают к проведению подготавливающих горных выработок, т.е. к подготовке шахтного поля. Существуют следующие способы подготовки шахтных полей: этажный, панельный, погоризонтный и комбинированный.

При всех выше перечисленных способах подготовки могут быть различные схемы вскрытия шахтных полей. Рассмотрим этажный способ подготовки при вскрытии шахтного поля вертикальными центрально-сдвоенными стволами и капитальным квершлагом.

 

3.1 Этажный способ подготовки шахтного поля

Для простоты изображения все выработки показаны в одну линию, рисунок способа подготовки шахтного поля развернут на 90 градусов (рис. 3.1).

 

Рисунок 3.1 – Этажный способ подготовки шахтного поля

 

Суть этажного способа подготовки заключается в том, что запасы бремсберговой части шахтного поля отрабатываются на капитальный бремсберг, а запасы уклонной части – на капитальный уклон. Шахтное поле по падению делится на этажи. Границами этажа являются по восстанию этажный вентиляционный, по падению – этажный откаточный штреки, а по простиранию- границы шахтного поля. Иногда этаж делится на подэтажи. Тогда высота этажа увеличивается в два, три раза. Для этого проводятся дополнительные промежуточные бремсберги с ходками. При этом увеличивается добыча с пласта, но резко усложняются схемы транспорта и проветривания, увеличиваются затраты на проведение и поддержание горных выработок. Как правило, в Донбассе по падению в этаже располагается одна лава.

Проветривание лав верхнего пласта осуществляется по следующей цепочке: свежая струя воздуха идет по клетевому стволу 1, по квершлагу 3, по коренному штреку 4, по грузовому ходку 5, по откаточному этажному штреку 8, омывает лаву 9; исходящая струя идет по вентиляционному этажному штреку 10, по людскому ходку 6, по участку вентиляционного штрека первого этажа, по вентиляционному квершлагу 11 и по вентиляционному стволу 12 выходит на поверхность.

По скиповому стволу 2 идет исходящая струя от проветривания склада ВВ, электровозного гаража и водотрубного ходка.

ДОСТОИНСТВА: малое количество наклонных выработок, простота схемы транспорта.

 

НЕДОСТАТКИ: малое количество лав на пласте, а, следовательно, малая добыча с пласта. Так как угол залегания пласта по простиранию изменяется, то изменяется и высота этажа, штрек изгибается. Эти факторы не позволяют применить по штрекам ленточные конвейера. Уголь транспортируется в вагонетках. Производительность локомотивного транспорта значительно ниже, чем конвейерного. Изменение длины лавы приводит к необходимости сокращения или увеличения длины механизированного комплекса в лаве, что затрудняет ритмичную работу лавы и увеличивает производственные затраты.

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: этажный способ подготовки применяется на крутонаклонных и крутых пластах, а на пологом падении при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию – при S£4-5км, при любом газовыделении, включая пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа.

При отработке уклонной части шахтного поля необходимо иметь два коренных штрека и два квершлага. По одному идет свежая, по второму – исходящая струя воздуха.

 

3.2 Панельный способ подготовки шахтного поля

 

Рассмотрим панельный способ подготовки при вскрытии пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами. При этом рассмотрим один пласт при делении шахтного поля по падению на 3 выемочных ступени, а по прастиранию на 2 панели, т.е. всего на 6 панелей. Число панелей может быть другим.

 

 

Рисунок 3.2 – Панельный способ подготовки шахтного поля

 

Размер панелей по падению равен размеру выемочной ступени по падению (Н_бр. и Н_укл.). Согласно НТП S_п 2,5-3км, Н_п 1200-1500м. В отличие от этажного способа подготовки при панельном способе запасы каждой панели отрабатываются на свои панельные бремсберги или уклоны. Одновременно в работе могут находится 2 и более панелей. Поэтому добыча из пласта по сравнению с этажным способом будет в 2 - 3 раза больше. Это является значительным ПРЕИМУЩЕСТВОМ. Кроме этого к преимуществам относятся (при прочих равных условиях) следующие моменты: в связи с меньшей длиной крыла панели легче осуществить полную конвейеризацию угля, легче проветрить тупиковые выработки при их проведении, уменьшаются затраты на поддержание выемочных штреков.

НЕДОСТАТКИ: большее количество наклонных выработок, большие затраты на их проведение.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: Применяется на пологом падении (при угле падения до 25 градусов), при размере шахтного поля по простиранию более 4-5 км, при любой газообильности.

Панельный способ подготовки является более перспективным, чем этажный. Панели по падению делятся на ярусы. Как правило, в ярусе располагается по падению одна лава, а в панели – две лавы.

Ярусы, как и этажи, по простиранию могут отрабатываться обратным ходом (смотри правую панель) или прямым ходом (см. левую панель). По падению ярусы и этажи отрабатываются, как правило, в нисходящем порядке, т.е. сверху вниз. Восходящий порядок допускается при отработке запасов бремсберговой части шахтного поля на шахтах не выше II категории по газу. В уклонной части шахтного поля в любых условиях отработка ярусов или этажей производится в нисходящем порядке. При этом исключается возможность поступления метана из ниже расположенных выработанных пространств в отрабатываемые лавы (в случае восходящего порядка отработка ярусов или этажей), уменьшаются затраты на поддержание наклонных выработок. В уклонной части шахтного поля при применении восходящего порядка необходимо будет поддерживать уклон с ходками в выработанном пространстве, производить откачку воды все время с максимальной глубины. Кроме того в случае прирезки запасов при отработке ниже расположенных лав не исключены прорывы воды в них из выработанного пространства.

Порядок отработки панелей согласно НТП следующий: в бремсберговой части шахтного поля сначала отрабатываются центральные, а затем крайние панели, т.е. порядок отработки запасов прямой - от центра шахтного поля к границам. В уклонной части шахтного поля сначала отрабатываются крайние, а затем центральные панели. При этом уменьшаются время и затраты на строительство шахты, а также затраты на поддержание главных (коренных) штреков.

 

3.3 Погоризонтный способ подготовки шахтного поля

При этом способе подготовки шахтное поле делится на выемочные участки, вытянутые по восстанию или падению. Лавы располагаются по простиранию, а отработка выемочных участков производится в бремсберговой части шахтного поля по падению от центра шахтного поля к его границам, а в уклонной части – лавами по восстанию от границ шахтного поля к центру (рис. 3.3). Сначала отрабатываются запасы бремсберговой части шахтного поля, а затем уклонной.

На рисунке 3.3 условно показаны оба этапа отработки как бремсберговой, так и уклонной частей шахтного поля.

 

 

Рисунок 3.3 – Погоризонтный способ подготовки шахтного поля

 

Такой порядок отработки шахтного поля позволяет уменьшить время и затраты на строительство шахты, проводить магистральные штреки постепенно, по мере отработки выемочных участков в бремсберговой части шахтного поля, а, следовательно, и уменьшить затраты на их поддержание. При отработке лав в уклонной части шахтного поля производится погашение магистральных штреков 5 и 6, пройденных на уровне транспортного горизонта, а так же дренажного штрека 15, пройденного по нижней технической границе. Проветривание лавы в бремсберговой части шахтного поля осуществляется по следующей цепочке: свежая струя идет по клетевому стволу 1, откаточному квершлагу 3, пластовому магистральному штреку 6, по выемочному ходку 8 (параллельно подсвежающая струя по ходку 7), по лаве 9 и исходящая струя идет по ходку 7 вверх, по вентиляционному магистральному штреку 10, вентиляционному квершлагу 11 и вентиляционному стволу 12. В данном случае показана прямоточная схема проветривания выемочного участка с подсвежением исходящей струи воздуха.

Транспорт угля осуществляется по лаве 9 скребковым конвейером, по ходку 7 ленточным конвейером, по полевому магистральному штреку 5 и конвейерному квершлагу 4 к скиповому стволу ленточными конвейерами, т.е. имеет место полная конвейеризация угля. Для отработки уклонной части шахтного поля необходимо пройти капитальные уклон 13 с ходком 14 и дренажный штрек 15. Как правило, они проводятся полевыми (под пластом угля). Для обеспечения проветривания в период проходки чаще всего параллельно с полевым дренажным проводится пластовый магистральный штрек 16.

Погоризонтный способ подготовки может применятся как при одногоризонтной схеме вскрытия так и при многогоризонтной. Согласно НТП, Н_б и Н_укл (длина выемочных столбов) при благоприятных горно-геологических условиях может достигать 1,2-1,5 км на пластах средней мощности и 0,8-1,0 км на тонких и мощных пластах. По сравнению с панельным и этажным погоризонтный способ имеет следующие

ПРЕИМУЩЕСТВА:

1. Меньше удельная протяженность проводимых и поддерживаемых выработок, а, следовательно, и меньшие затраты на их проведение и поддержание.

2. Ходки проводятся по направлению, поэтому легко осуществить по ним транспорт угля ленточными конвейерами, т.е. применяется полная конвейеризация угля.

3. Практически постоянная длина лавы позволяет без проблем применять механизированные комплексы.

4. Лучше схема проветривания шахтного поля.

 

НЕДОСТАТКИ:

1. Большое количество выемочных наклонных ходков, технология проведе­ния которых сложнее, стоимость проведения выше, чем горизонтальных штре­ков.

2. Поддержание ходков сложнее и дороже, чем штреков.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ограничивается углом падения пластов до 10 градусов (при диагональном расположении лав-до 18 градусов). Применяется при любой газообильности.

При притоке воды в лаву более 5 м³/ч. необходимо лавы отрабатывать по восстанию как в уклонной, так и в бремсберговой части шахтного поля. Это приводит к «перепробегу» транспорта. При мощности пласта m³1,5-2,0м отработка лав по восстанию разрешается только лишь с согласия отраслевого НИИ. В противном случае за счет вывалов кусков угля возможен травматизм горнорабочих очистного забоя. При наличии воды и большой мощности пласта необходимо переходить на панельный способ подготовки.

Погоризонтный способ является наиболее прогрессивным из всех рассмотренных.

 

3.4 Комбинированный способ подготовки шахтного поля

На шахтах, как правило, применяется сочетание вышерассмотренных способов подготовки шахтного поля, т.е. применяются комбинированные способы (рис. 3.4).

 

Рисунок 3.4 – Комбинированные способы подготовки шахтных полей

 

В Донбассе с увеличением глубины залегания происходит выполаживание угольных пластов, поэтому в бремсберговой части шахтного поля может применяться этажный или панельный, а в уклонной – погоризонтный способ подготовки.

Комбинированные способы подготовки обладают достоинствами и недостатками тех способов, из которых они состоят.

 

Сплошная система разработки

Рассмотрим потолкоуступную форму забоя при выемке угля отбойными молотками. Как выше сказано, лава отрабатывается на задние промежуточные квершлаги (рис. 4.6). При отработке одиночных пластов пластовые откаточный и вентиляционный штреки поддерживаются на всю длину крыла шахтного поля, равную 2-2,5км.

Рисунок 4.6 – Сплошная система разработки крутопадающего пласта

 

Откаточный штрек может охраняться угольными или искусственными целиками. Рассмотрим в данном случае охрану угольными целиками. Размеры угольных целиков по падению в зависимости от мощности пласта и прочности угля принимаются в пределах 6 – 14 м. По простиранию ширина целика принимается 4,5- 5,4 м.

Как правило, вентиляционный штрек проводится по завалу (кроме первого этажа), т.е. по бывшему откаточному штреку.

Охрана вентиляционных штреков целиками угля допускается при наличии слабых боковых пород. При этом их размеры по падению принимаются от 8 до 14 м.

Чаще всего вентиляционный штрек охраняется бутовой полосой, возводимой из породы, получаемой от проведения вентиляционного штрека. Ее длина принимается такой, чтобы вся порода от проведения поместилась в бутовую полосу, и составляет 10 – 30 м. Бутовая полоса удерживается одним или двумя рядами упорных костров.

При группировании пластов с целью уменьшения затрат на поддержание выемочных пластовых штреков на всю длину крыла поддерживают лишь групповые штреки. Чаще всего они проводятся полевыми или по пласту малой мощности с прочными вмещающими породами. Тогда пластовые выемочные штреки поддерживаются только лишь между промежуточными квершлагами. Чем сложней горно-геологические условия, тем меньше расстояние между промежуточными квершлагами. Оно колеблется в пределах 100-450м.

Технология работ в «молотковой» лаве следующая (см. рис.4.6, узел а).

В каждом уступе работает один ГРОЗ-забойщик. За смену он снимает полоску угля шириной 0,9м на всю высоту уступа и осуществляет крепление. На начало смены ниша безопасности готова. После снятия полоски вниз на 2м он устанавливает комплект крепи, состоящий из двухметрового распила и трех деревянных стоек. При слабых породах почвы пласта распил укладывается также и на почву пласта. После этого производит углубку ниши безопасности на 0,9м, крепит ее и продолжает снятие полоски угля по падению. После снятия каждых двух метров устанавливает комплект крепи-«конь».

Крепежный материал (деревянные стойки, распилы и затяжки) доставляются в лаву и раскладываются вдоль нее в необходимом количестве в ремонтную смену.

Преимущества, недостатки, область применения сплошной системы разработки на крутых пластах за исключением угла падения, аналогичны сплошной системе разработки пологих пластов.

 

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ УГЛЯ

 

Упрощено классификацию технологии выемки угля можно представить следующим образом (рис.5.1):

 

Рисунок 5.1 – Классификация технологии выемки угля

 

Рассмотрим кратко основные способы добычи угля.

 

Открытый способ добычи угля

Открытым способом в Украине добывают бурый уголь в Днепровском буроугольном бассейне. На крупных разрезах в России применяются мощные многоковшевые экскаваторы с вылетом стрелы до 60-100м и ёмкостью ковша до 8м³. Ленточные конвейера транспортно – отвальных мостов имеют длину до 200м. Производительность труда рабочего на разрезах по сравнению с шахтой в 10-15раз выше, а себестоимость меньше в 3-5 раз. Такое несоответствие объясняется очень высокой стоимостью применяемого на разрезах оборудования и большим расходом электроэнергии.

Перспективы добычи угля открытым способом в Украине ограничены. Различные строительные материалы, доломитизированный известняк, железная руда, полиметаллические руды добываются на Украине открытым способом.

 

Гидродобыча

На Украине вблизи г. Красноармейска работал один из крупнейших в Советском Союзе гидрорудник «Пионер». Добыча угля велась с помощью гидромониторов и в экспериментальном порядке гидропушек. Уголь на сборные штреки, проведенные под уклоном, смывался струей воды. По сборным штрекам этой же струей воды по желобам транспортировался до пульпосборников. Оттуда насосами перекачивался в зумпф главного ствола. По нему эрлифтной установкой выдавался на поверхность. На поверхности происходило обезвоживание угля и отправка его потребителям. Применялась система разработки длинными столбами по простиранию с выемкой угля заходками по падению. Производительность труда в 1,5-2,5раза выше, чем на традиционных шахтах, себестоимость 1т добытого угля 2-3раза ниже. Однако из-за профессиональных болезней подземных рабочих, связанных со 100% относительной влажностью шахтного воздуха; сложности поддержания выемочных выработок из-за резкого снижения под влиянием влаги прочности вмещающих пород; большого износа труб эрлифта; очень большого расхода воды; а также больших потерь угля гидрорудник, постепенно переводится на сухую технологию добычи угля, т.е. превращается в обычную шахту.

 

Подземная газификация

Идея подземной газификации угля высказана Д.И. Менделеевым в 1888г. Суть ее состоит в сжигании в пласте угля и выдачи на поверхность генераторного газа, состоящего из продуктов неполного окисления (сгорания) углерода, азота; паров воды, кислорода и водорода и т.д. Перед 2-й Мировой войной в Советском Союзе было построенно две станции, одна из них на Украине. В настоящее время переспективы подземной газификации очень малы, т.к. теплотворная способность газа намного ниже, чем природных газов, а стоимость выше, процесс горения практически неуправляемый. По данным ДонУГИ можно управлять этим процессом при мощности сжигаемого пласта более 1-1,2м. Но такие пласты успешно разрабатываются по традиционной технологии.

 

 

5.4 Механизированный способ выемки без постоянного присутствия рабочих в лаве

 

Данный способ базируется на применении механизированных автоматизированных комплексов и агрегатов, управляемых автоматикой или дистанционно. Комплексы КМ-87А, «Донбасс-А», были изготовлены и испытаны более 30лет назад. Они показали свою работоспособность.

На сегодняшний день средства автоматизации стоят в несколько раз больше, чем механизированный комплекс. С учетом мирового опыта при серийном производстве применение автоматизированных комплексов и агрегатов является перспективным для Украины.

 

Концевые операции

 

Концевые операции включают в себя выемку угля в нишах, крепление ниш, передвижку приводных головок конвейера, возведение искусственных сооружений для поддержания сопряжения лавы с выемочными выработками или для охраны выемочных выработок.

Выемка угля в нишах осуществляется БВР или отбойными молотками. Применение специальных нишенарезных агрегатов экономически нецелесообразно.

Крепление ниш осуществляется инвентарной крепью – деревянными или металлическими балками, установленными в шахматном порядке, с индивидуальными призабойными стойками. Для поддержания бровки производится анкерование кровли пласта с выемочной выработки.

Для повторного использования выработки возводятся различные искусственные сооружения: бутовые полосы, литые полосы из быстротвердеющего материала, БЖБТ, деревянные костры, органные ряды или оставляются угольные целики.

 

 

Крепью

Очередность выполнения процессов в лаве такая же, как и при выемке механизированным комплексом. Разница состоит в том, что крепление и управление кровлей осуществляется индивидуальной призабойной и специальной посадочной крепями. По мере продвижения комбайна навешиваются шарнирные верхняки. Под шарнирными верхняками осуществляется передвижка конвейера. После завершения передвижки конвейера под ранее навешанные верхняки устанавливаются стойки. Управление кровлей в лаве осуществляется с помощью гидрофицированной крепи «СПУТНИК», ею же задвигается конвейер. Ниши крепятся как и в предыдущем случае.

Выемка угля с индивидуальной крепью комбайнами или стругами применяется в тех случаях, когда по каким - то причинам нельзя или нецелесообразно применять механизированный комплекс.

Типовые паспорта крепления и управления кровлей в очистных забоях при применении индивидуальной и механизированных крепей приведены в «Руководстве…», разработанном ДонУГИ.

 

6. ОХРАНА ПОДГОТАВЛИВАЮЩИХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Подготавливающие горные выработки, к которым относятся капитальные или панельные бремсберги и уклоны с ходками, коренные или магистральные штреки, являются артериями, обеспечивающими нормальную работу всей шахты. От их состояния зависят условия работы подземного транспорта, вентиляции и ТЭП шахты. Существуют разные способы охраны подготавливающих горных выработок. Рассмотрим наиболее часто применяемые на шахтах Донбасса на примере наклонных выработок.

 

Предварительная надработка полевых наклонных выработок

В отличие от последующей надработки в данном случае полевые выработки проводятся в уже сформировавшейся зоне разгрузки (рис.6.3).

 

Рисунок 6.3 – Охрана полевых наклонных выработок в зоне разгрузки, создаваемой предварительной отработкой разгрузочной лавы

 

Для того, чтобы забои полевых выработок находились уже в образовавшейся зоне разгрузки l_отс (0,6-0,8) l_рл. Чтобы бутовые полосы сохранили зону разгрузки, их длина должна быть l_бп 30-60м, они должны возводиться с помощью пневмозакладочных установок. При мощности пласта до 1-1,2м можно проводить выемочные ходки разгрузочной лавы завышенным сечением (15-20м² в проходке) и породу от их проведения закладывать в бутовые полосы. При мощности пласта до 1,5м породу необходимо будет доставлять извне, что резко усложняет схему транспорта. При мощности более 1,5м возводить бутовые полосы не рекомендуется, т.к. резко возрастает объем транспортируемой и закладываемой породы и кроме того усадка бутовых полос составляет 0,2-0,25мощности пласта. В связи с этим очень сложно обеспечить эксплуатационное состояние выемочных ходков разгрузочной лавы.

При выборе длины разгрузочной лавы необходимо принимать ее с учетом длины бутовых полос такой, чтобы после уплотнения бутовых полос полевые наклонные выработки оставались во вторичной зоне разгрузке (см.сплошную линию на рис.6.3).

При предварительной надработке h_н 5м, а при последующей h_н 10м, для того, чтобы опорное давление не продавило породы в полевые выработки.

При сохранении зоны разгрузки бутовыми полосами у границ разгрузочной лавы оставляются технологические целики размером lтц 10-30м. Они нужны для обеспечения безопасных условий монтажа оборудования (при отработке лав прямым ходом) или демонтажа (при отработке лав обратным ходом) в лавах, отрабатываемых по простиранию. При обратном порядке отработки лав размер целиков больше, чем при прямом.

Предварительная надработка лучше последующей, т.к. при ней нет необходимости перекрепления выработок. Как последующая, так и предварительная надработки имеют следующие недостатки по сравнению с расположением выработок в плоскости пласта:

1) необходимо проводить сбойки, соединяющие пластовые и полевые выработки, что приводит к увеличению затрат на проведение и поддержание горных выработок;

2) усложняются схема транспорта и вентиляции;

3)необходимо оставлять барьерные целики или возводить бутовые полосы в разгрузочной лаве для сохранения зоны разгрузки.

Этих недостатков можно избежать при проведении выработок по обрушенным и уплотненным породам (в плоскости пласта).

 

Полосой

Данный способ охраны может применятся при любой системе разработки (рис.7.2).

 

Рисунок 7.2 – Охрана штрека односторонней бутовой полосой

 

На рисунке показан бутовый штрек, в котором взрываются породы кровли пласта. Взорванная порода вручную или, как правило, скреперной установкой ЗУ закладывается в бутовую полосу. При сплошной системе разработки порода от проведения откаточного штрека может закладываться в бутовую полосу пневмозакладочной установкой «ТИТАН». Усадка бутовой полосы при возведении вручную составляет (0,5-0,6)m, при скреперной закладке (0,3-0,4)m, а пневмозакладочной установкой - (0,2-0,25)m. В результате усадки бутовой полосы породы кровли пласта над бутовой полосой оседают и прогибаются. Над массивом угля они практически неподвижны.

В результате неравномерной усадки пород по бокам выработки возникает косонаправленная нагрузка, которая приводит к значительным деформациям крепи и необходимости перекрепления выработки (рис.7.3).

Рисунок 7.3 - Характер деформации крепи при возведении со стороны выработанного пространства податливого искусственного сооружения

Во избежание этого необходимо обеспечить примерно одинаковую усадку пород кровли с обеих сторон выработки. Этого можно достичь путем бурения разгрузочных скважин со стороны массива угля или возведением двухсторонних бутовых полос. Бурение разгрузочных скважин производится впереди лавы за зоной опорного давления и, как правило, при столбовой системе разработки (рис.7.4).

Рисунок 7.4 – Бурение разгрузочных скважин

 

Длина разгрузочных скважин равна 6-10м, их диаметр cоставляет 200-400, реже 500мм. Расстояние между осями скважин принимается равным двум диаметрам скважины. В результате раздавливания целиков угля между разгрузочными скважинами породы кровли оседают на величину равную примерно половине диаметра скважины. При сплошной системе разработки по техническим условиям бурение разгрузочных скважин не производится.

 

ПАРАМЕТРЫ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Формы и границы шахтных полей

 

Шахтное поле - часть месторождения ПИ, отведенная для разработки

одной шахтой. Реальное шахтное поле имеет самую

различную конфигурацию.

Для простоты изложения материала будем рассматривать шахтное поле прямоугольной формы, с моноклинальным залеганием пластов (угол падения постоянен), причем линия падения пласта направлена вниз (рис 1.1).

 

Рисунок 1.1- Элементы залегания угольного пласта и границы шахтного поля

 

Границы шахтного поля бывают естественные, проведенные у различных горно-геологических нарушений, и технические, установленные руководством ПО или ГХК. Шахтное поле имеет размеры по простиранию-S, по падению - H.

Различают геологические, балансовые, забалансовые и промышленные запасы. Q_г- геологические запасы-все запасы ПИ, находящиеся в пределах данного шахтного поля. Q_б- балансовые запасы ПИ-запасы, которые экономически целесообразно разрабатывать при данном уровне развития техники и технологии. Q_з - забалансовые запасы ПИ-запасы, которые при данном уровне развития техники и технологии не целесообразно разрабатывать. Q_пр – промышленные запасы ПИ-запасы, выдаваемые на поверхность. Для простоты изучения материала Q_з = 0. Тогда Q_г= Q_б, промышленные запасы Q_пр= Q_б-Q_потерь. Потери бывают общешахтные и эксплуатационные. К общешахтным относятся потери угля в целиках, оставляемых для охраны стволов и промплощадки, а также в целиках, оставляемых у границ шахтного поля или у геологических нарушений. К эксплуатационным потерям относятся потери угля в целиках, оставляемых для охраны горных выработок, а так же потери угля в очистных забоях.

В упрощенном виде промышленные запасы рассчитываются по формуле:

Q_пр= S H SрCu,

где S и H - соответственно размеры шахтного поля по простиранию и падению, м. Sр - суммарная производительность разрабатываемых пластов. Sр=S(m_i g_i ),т/м² ; m_i - вынимаемая мощность угольного пласта, g_i- объемный вес угля, Сu-коэффициент извлечения. В зависимости от мощности пластов и угла падения он равен 0,92-0,8.

 

 

Параметры шахты

 

К основным параметрам шахты относятся Q_пр, Aг(Ас)-годовая или суточная добыча и срок службы шахты Т. Между ними существует зависимость:

 

Т= Q_пр/А_г + t_р,_з,

 

где t_р,_з – время на развитие и затухание добычи.

 

 

Типы шахт

 

Различают индивидуальные и блоковые типы шахт (рис 1.2).

Рисунок 1.2 – Типы шахт: a) - индивидуальный, б) - блоковый

 

Согласно норм технологического проектирования (НТП) при размере шахтного поля по простиранию S>6 км и газообильности q_ch4 10 м³/т принимается блоковый тип шахты. Каждый блок имеет свою независимую схему проветривания. Для этого в каждом блоке проводятся воздухоподающий и вентиляционные стволы. Уголь со всех блоков транспортируется в центральный блок и по скиповому стволу выдаётся на поверхность. В том случае, когда шахтное поле по падению разбито на несколько транспортных ступеней и в каждой из них проводятся воздухоподающие и вентиляционные стволы, происходит деление шахтного поля на блоки и по падению. Размер блока по падению принимается Н_бл 1,5-2,5км, по простиранию S_бл =3-6 км. Добыча из блока А_бл=3-5 тыс.т/сутки. Исходя из этого, одновременно в работе могут находится 2-3 блока.

 

ВСКРЫТИЕ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

Вскрытием называется проведение горных выработок, дающих доступ с земной поверхности к ПИ и позволяющих вести подготовительные работы.

К вскрывающим выработкам относятся стволы (вертикальные, наклонные, слепые и горизонтальные, т.е. штольни), квершлаги и уклоны. Вскрытыми считаются запасы ПИ, лежащие выше пересечения вскрывающей выработки с ПИ.