5. Околоствольные дворы

5.1. Классификация и технологические схемы околоствольных дворов

Околоствольным двором называют взаимосвязанный комплекс капитальных горных выработок, расположенных непосредственно у ствола на данном горизонте, специально оборудованных и связывающих ствол с главными транспортными выработками горизонта и предназначенных для обслуживания горных работ на горизонте в соответствии с назначением ствола. Он выполняет следующие основные функции: прием составов с углем и породой, поступающих к стволам шахты; прием оборудования, выдаваемого на поверхность; прием оборудования и материалов, поступающих с поверхности шахты; формирование составов различного назначения; прием рабочих, спускаемых в шахту и поднимаемых на поверхность. Помимо основных околоствольный двор выполняет вспомогательные функции, связанные с вентиляцией, водоотливом, распределением энергии и т.д. Многообразие функций околоствольного двора обусловливает необходимость иметь в его комплексе, кроме транспортных выработок, ряд камер различного технологического назначения.

Основным классификационным признаком схем околоствольных дворов является порядок движения груженых и порожних составов в пределах околоствольного двора при их обмене.

Выработку, к которой примыкает околоствольный двор, называют главной, а разветвление путей – ветвями. Ветви, в которых производят операции, связанные с обменом составов, являются главными ветвями. Примыкающие к тому или иному подъему главные ветви именуют скиповой или клетевой ветвью.

В круговых околоствольных дворах грузовые ветви по отношению к главному откаточному штреку могут располагаться параллельно (рис. 2.23, а), перпендикулярно (рис. 2.23, б) или под углом 45 и 60° (рис. 2.23, в). Основными преимуществами околоствольных дворов кругового и петлевого (рис. 2.23, г) типов являются сравнительная простота движения поездов, компактное расположение выработок, простая привязка к конкретным горно-геологическим условиям. Их недостатки: большое число закруглений пути и криволинейных выработок, сложность проведения и эксплуатации криволинейных выработок, недостаточное использование главной откаточной выработки. Характерный признак околоствольных дворов тупикового типа (рис. 2.23, д) – челноковая схема движения составов.

Локомотив протягивает груженый состав в тупик двора, а затем, изменив направление движения, заталкивает его на грузовую ветвь главного или вспомогательного ствола. Перейдя на порожняковую ветвь околоствольного двора, локомотив прицепляется к порожняковому составу и далее следует к пункту назначения.

Из-за существенных недостатков (необходимость обязательного проведения вентиляционной сбойки для проветривания тупиковой выработки; недостаточное использование главной откаточной выработки; невысокая пропускная способность) околоствольные дворы тупикового типа имеют ограниченное применение.

Рис. 2.23. Схемы привязки околоствольных дворов

Достоинствами челноковых околоствольных дворов (рис. 2.23, е) являются прямолинейность выработок, удобство расположения оборудования, максимальное использование главной откаточной выработки; недостатки – сложные маневры с составами, невысокая пропускная способность, сложность привязки к конкретным горно-геологическим условиям из-за большой длины выработок.

В зависимости от способа транспортирования технологические схемы околоствольных дворов разделяют на две группы: с откаткой горной массы в вагонетках локомотивами; с транспортированием горной массы конвейерами.

Характерные технологические схемы околоствольных дворов при скиповой выдаче угля и породы приведены на рис. 2.24–2.26.

На рис. 2.27–2.29 изображены технологические схемы околоствольных дворов, позволяющие значительно сократить маневровые операции по обработке груженых составов, обеспечить поточное движение транспорта и высокую пропускную способность околоствольного двора. При таких схемах разгрузка угольных и породных составов производится без остановки последних.

Рис.2.24. Схемы кругового (а) и петлевого (б) околоствольных дворов:

1, 2 – соответственно клетевой и скиповой стволы; 3 – опрокидыватель; 4 – угольные скипы; 5 – породный скип; 6 – разминовка

Рис. 2.25. Схема челнокового околоствольного двора:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3, 4 – разминовки соответственно на порожняковой и грузовой сторонах

Рис. 2.26. Схема тупикового околоствольного двора:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3 – тупик

Рис.2.27. Схема кругового околоствольного двора с ветвями, параллельными главной откаточной выработке:

1, 2 – соответственно клетевой и скиповой стволы; 3, 4 – соответственно угольная и породная разгрузочные ямы; 5 – главная откаточная выработка

Рис. 2.28. Схема кругового околоствольного двора с ветвями, перпендикулярными к главной откаточной выработке:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3 – главная откаточная выработка

Рис. 2.29. Схема петлевого околоствольного двора:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3 – главная откаточная выработка

Для шахт с конвейерным транспортом горной массы наиболее прогрессивными являются схемы, приведенные на рис. 2.30 и 2.31.

Околоствольные дворы при конвейерном транспорте угля характеризуются отсутствием маневров с угольными составами, более равномерным поступлением угля, уменьшенным штатом

обслуживающего персонала и меньшим объемом околоствольных выработок.

При вскрытии шахтного поля наклонными стволами схема околоствольного двора в основном определяется видом основного и вспомогательного транспорта по стволам и магистральным горизонтальным выработкам шахты.

Рис. 2.30. Схемы околоствольных дворов при конвейерном транспорте угля и доставке вспомогательных материалов и оборудования одиночными самоходными вагонетками:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3 – ленточный конвейер; 4 – бункер-накопитель с ленточным конвейером

Рис. 2.31. Схемы околоствольных дворов при конвейерном транспорте угля и доставке вспомогательных материалов и оборудования монорельсовыми дизелевозами:

1, 2 – соответственно скиповой и клетевой стволы; 3 – ленточный конвейер; 4 – бункер-накопитель с ленточным конвейером

В связи с тем, что наклонные стволы проходят обычно по пласту или породам лежачего бока, выработки околоствольного двора располагают параллельно главной откаточной выработке. Это обусловливает челноковую схему движения составов.

Околоствольные дворы шахт, поля которых вскрыты наклонными стволами, обычно имеют три ствола: конвейерный (или скиповой), вспомогательный и людской (ходок). Разгрузка вагонеток с углем производится на обгонной выработке, проведенной в породах висячего бока. Вместимость ветвей околоствольного двора принимается такой же, как и в околоствольных дворах с вертикальными стволами (один-два состава).

На рис. 2.32 показана схема околоствольного двора с выдачей угля на поверхность ленточным конвейером. В пределах околоствольных дворов наклонных стволов располагаются камеры того же назначения, что и в околоствольных дворах вертикальных стволов.

Рис. 2.32. Схема околоствольного двора у наклонного конвейерного ствола:

1 – людской ходок; 2 – вспомогательный наклонный ствол; 3 – конвейерный наклонный ствол; 4 – вентиляционный уклон; 5 – место разгрузки вагонеток с углем; 6 – главный откаточный штрек; 7 – разминовка; 8 – бункер; 9 – ленточный конвейер

Объем выработок околоствольных дворов в свету колеблется в пределах 3000–7000 м³, объем камер составляет 50–100% объема выработок.

5.2. Камеры

В пределах околоствольного двора устраивают следующие подземные камеры: камера сопряжения околоствольного двора с клетевым стволом; комплекс камер разгрузочного устройства скипового подъема, включая аккумулирующие бункера и разгрузочные ямы; комплекс камер депо локомотивов, включая преобразовательную и зарядную камеры для аккумуляторных электровозов или заправочную станцию для дизелевозов; камера диспетчера, аппаратуры связи и СЦБ; камера ожидания; камера текущего ремонта, очистки и смазки вагонеток. В районе околоствольного двора в обособленной выработке оборудуется склад ВМ. Зарядные камеры и склады ВМ должны проветриваться обособленной струей свежего воздуха. Все прочие камеры для машин и электрооборудования газовых или опасных по пыли шахт должны проветриваться свежей струей воздуха.

Околоствольный двор в месте его сопряжения с клетевым стволом должен обеспечить прием и подъем людей, замену груженых вагонеток порожними, прием длинномерных материалов (рельсы, трубы). Ширина сопряжения принимается равной диаметру ствола, а высота – в зависимости от длины доставляемых в шахту различных материалов и оборудования, но не менее 4,5 м.

При оборудовании подъема двухэтажными (многоэтажными) клетями для ускорения посадки людей в клеть на сопряжении устраивается специальная посадочная площадка, располагаемая выше или ниже рельсовых путей околоствольного двора.

В околоствольном дворе для приема угля и породы при применении скиповых подъемов сооружается комплекс камер, обеспечивающих разгрузку вагонеток, аккумулирование груза и загрузку скипов. В этот комплекс входят камера опрокидывателя и толкателя, где производятся проталкивание и разгрузка вагонеток. Уголь или порода после разгрузки поступают в бункер, а затем в камеру дозирующего устройства, оборудованную обычно объемным или весовым дозатором. Применяемый в шахтах комплекс камер загрузочного устройства скипового подъема показан на рис. 2.33.

Рис. 2.33. Комплекс камер загрузочного устройства скипового ствола:

1 – скиповой ствол; 2 – угольный бункер; 3 – угольное загрузочное устройство; 4 – породное загрузочное устройство; 5 – породный бункер; 6 – породный опрокидыватель; 7 – трубы для отсоса пыли; 8 – угольный опрокидыватель

Условно бункера разделяют на бункера малой и большой вместимости. Вместимость бункера принимается не менее грузоподъемности одного локомотивного состава. При большой производственной мощности шахты проектируют бункера большой вместимости (250–750 м³).

На рис. 2.34 показана характерная для шахт схема расположения камер производственного и вспомогательного назначения в круговом околоствольном дворе. Комплекс камер депо локомотивов зависит от типа применяемых локомотивов. Депо контактных электровозов предусматривается в составе камеры ремонтной мастерской и заезда в нее, используемого для стоянки запасных электровозов. Депо располагают в обособленной, специально проведенной выработке или на уширении откаточной выработки околоствольного двора. Комплекс выработок депо аккумуляторных электровозов представляет собой сблокированные камеры зарядной, преобразовательной подстанции и ремонтной мастерской. Ширина камер депо принимается 4,2–5 м, высота 3,2–3,6 м. Длина депо зависит от числа и типа применяемых электровозов и изменяется от 20 до 100 м и более.

Камера преобразовательной подстанции является частью комплекса электровозного депо. Камера состоит из трансформаторного и преобразовательного отделений. Преобразовательное отделение соединяется с зарядной камерой и откаточной выработкой околоствольного двора.

В камерах ремонтных мастерских предусматриваются смотровые ямы. Над смотровой ямой на монтажной балке подвешивается таль для снятия двигателей, полускатов и других тяжелых деталей.

Для дизелевозов и вагонеток-цистерн с горючим устраивают самостоятельные гаражи, располагаемые вблизи главных стволов, но не ближе 100 м от электроподстанции, склада взрывчатых веществ, вентиляционных дверей. Гаражи, склады горючесмазочных материалов, заправочные станции и пункты мойки должны быть закреплены негорючими материалами.

Все камеры по обслуживанию дизелевозов должны проветриваться обособленной струей с отводом отработанного воздуха в исходящую из шахты струю.

Рис. 2.34. Схема расположения камер в круговом околоствольном дворе:

1, 13 – соответственно клетевой и скиповой стволы; 2 – насосная камера; 3 – центральная электроподстанция; 4 – водосборник; 5 – осветляющие резервуары; 6 – водотрубный ходок; 7 – медпункт; 8 – камера ожидания; 9 – место стоянки пассажирского состава; 10, 14 – соответственно породная и угольная разгрузочные ямы; 11, 15 – преобразовательные подстанции; 12 – зарядная камера; 16 – место стоянки запасных электровозов; 17 – ремонтная мастерская; 18 – склад ВМ; 19 – депо противопожарного поезда

Стоянка пассажирского поезда в околоствольных дворах располагается либо на скиповой, либо на обгонной ветви на выходе из камеры ожидания, в непосредственной близости от клетевого ствола, по которому производится спуск-подъем людей. Камера ожидания и место стоянки поезда размещаются так, чтобы исключалось хождение людей по выработкам околоствольного двора. Площадь пола камеры ожидания определяется исходя из нормативной площади на одного человека 0,5 м², а длина камеры – из расчета 0,4 м на одного рабочего.

Камеры для текущего ремонта, очистки и смазки вагонеток проектируют в шахте в тех случаях, когда размеры клетей не допускают выдачу на поверхность вагонеток для угля и породы. Во всех остальных случаях в шахте предусматривается только камера для смазки вагонеток.

Камеры центральной электроподстанции и главного водоотлива располагают, как правило, у клетевого ствола. Между ними устанавливают герметическую противопожарную дверь. С выработками околоствольного двора камеры соединяются горизонтальными ходками. Камера главного водоотлива соединяется с клетевым стволом наклонным ходком для прокладки трубопроводов, используемым также в качестве запасного выхода.

В камере главного водоотлива устанавливают обычно три насосных агрегата, обеспечивающих откачку воды из шахт с притоком от 50 до 300 м³/ч. При водопритоке свыше 300 м³/ч и большом напоре число агрегатов увеличивают до 5–8.

Размеры камер главного водоотлива зависят от типа насосов и их напора, притока шахтных вод и составляют: длина 15–60 м, высота 2,8–5,2 м, ширина 3–4 м.

В камере главного водоотлива устраивают водозаборные колодцы. Число колодцев зависит от числа установленных насосных агрегатов и изменяется от одного до трех. К водозаборным колодцам примыкает водосборник, который бывает с одной или двумя ветвями. Водосборник с одной ветвью должен иметь осветляющие резервуары и камеры обезвоживающей установки. При наличии двух ветвей устройство осветляющих резервуаров не обязательно. Размеры камеры центральной электроподстанции: ширина 4 м, высота 3 м; длина зависит от типа и числа устанавливаемого оборудования и составляет обычно 20–30 м. Пол камеры центральной электроподстанции и главного водоотлива располагают на 0,5 м выше уровня головок рельсов в околоствольном дворе.

Камера подземного медпункта также размещена вблизи вспомогательного ствола. Размеры камеры медпункта  м. Камера горноспасательного пункта размером  м располагается вблизи депо противопожарного поезда.

5.3. Факторы, определяющие выбор типа околоствольного двора

Выбор технологической схемы околоствольного двора зависит от ряда факторов, главными из которых являются: схема вскрытия шахтного поля; расположение стволов относительно пласта (свиты пластов); прочность боковых пород, в которых располагаются выработки околоствольного двора; число стволов на основной промплощадке шахты и их основные функции; число и тип подъемов, вид основного транспорта (тип вагонетки при локомотивном транспорте); общая компоновка технологического комплекса поверхности относительно железнодорожных подъездных путей и направления главных откаточных выработок, производственная мощность шахты по углю и ожидаемый выход породы.

В зависимости от горно-геологических условий и схемы вскрытия околоствольные дворы могут иметь различную привязку к главной откаточной выработке. При свите пластов с небольшим расстоянием между ними околоствольный двор располагают за пределами пластов и грузы к стволам доставляют по квершлагу в одном направлении. При достаточном расстоянии между пластами околоствольный двор размещают на главной откаточной выработке (групповой полевой штрек или главный квершлаг). В этом случае главная выработка используется как транспортная ветвь околоствольного двора.

Если горная масса в околоствольный двор поступает с двух сторон, то применяют круговые или челноковые околоствольные дворы, имеющие два заезда.

При вскрытии шахтного поля, разделенного на блоки, вертикальными стволами околоствольный двор центральных стволов целесообразно размещать непосредственно у группового (полевого) штрека, используя последний как ветвь околоствольного двора. В этом случае применяют околоствольные дворы кругового типа.

Околоствольный двор может располагаться на продолжении квершлага, если его невозможно разместить на магистральном штреке.

Определив ориентировку околоствольного двора, разрабатывают его схему. Сначала составляют схему откатки, а затем с ее учетом определяют расположение депо противопожарного поезда, депо локомотивов, склада ВМ и др.

На схему откатки существенно влияет число стволов на промплощадке. При одном стволе получается самая простая схема, состоящая из одной-двух главных ветвей. Наличие скипового подъема вызывает необходимость иметь комплекс камер для приема угля и породы: камеры опрокидывателей, технологических и аккумулирующих бункеров, дозаторов и др.

На схему откатки и конфигурацию околоствольного двора влияет тип откаточных сосудов. Наилучшим образом компоновка околоствольного двора решается при применении вагонеток, разгружающихся через дно.

При конвейеризации по магистральным выработкам основного горизонта в околоствольном дворе с помощью откатки будет осуществляться транспортирование только породы, оборудования, материалов и в ряде случаев угля из подготовительных забоев. Это существенно упрощает схему откатки.

Основным фактором, влияющим на выбор схемы околоствольного двора, является прочность боковых пород, в которых располагаются его выработки. При прочных породах могут быть применены практически все типы околоствольных дворов. Протяженные выработки околоствольного двора при неустойчивых породах располагают вкрест простирания пласта.