2. Погоризонтная схема подготовки
2.1. Сущность схемы
Сущность погоризонтной схемы подготовки шахтных полей заключается в том, что основными горизонтальными выработками шахтное поле делится на горизонты (ступени), которые отрабатываются лавами, подвигаемыми по падению или восстанию пласта. В каждой ступени от главного квершлага проводят по отдельным пластам главные транспортный и вентиляционный штреки. При прямом порядке отработки шахтного поля, наиболее характерном для данной схемы подготовки, главные штреки удлиняются по мере отработки выемочных столбов до тех пор, пока не будет отработана вся ступень шахтного поля. Выемочные столбы подготавливают при помощи конвейерных бремсбергов (или уклонов) и вентиляционных ходков, непосредственно примыкающих к очистному забою и проводимых от главных штреков сверху вниз или снизу вверх в зависимости от газоносности разрабатываемого пласта.
Погоризонтная схема подготовки применяется практически во всех угольных бассейнах России при разработке пластов с углом падения до 10°.
В Великобритании погоризонтную схему подготовки стремятся использовать тогда, когда работа лав, подвигаемых по простиранию, затруднена из-за очень сложной гипсометрии пласта, совпадения направления кливажа пород кровли с линией очистного забоя, геологических нарушений, ориентированных по падению и ограничивающих длину выемочного поля, значительного притока воды. Однако область применения такой схемы подготовки ограничивается пластами с углом падения до 15°. Это объясняется эксплуатационными неудобствами при работе очистных комбайнов в забое с наклонной почвой, а также повышенной опасностью травмирования рабочих отжимаемыми из забоя кусками угля (при подвигании лав по восстанию).
Широко применяется погоризонтная схема подготовки на шахтах Саарского бассейна в Германии (шахты «Реден», «Луизенталь», «Энсдорф», «Варндт»). Ее выбор продиктован прежде всего горно-геологическими условиями, например, характером геологических нарушений, притоком воды и др.
Во Франции (преимущественно на шахтах Лотарингского бассейна) на долю погоризонтной схемы подготовки приходится около 20% добываемого угля. Характерная ее особенность: подвигание лав по восстанию при управлении кровлей закладкой выработанного пространства (гидравлической или пневматической). Эта же особенность характерна для шахт в Верхнесилезском бассейне (Польша).
Из горно-геологических факторов на эффективность погоризонтной схемы подготовки наибольшее влияние оказывают угол падения и мощность пласта, водообильность очистных выработок. Это объясняется спецификой эксплуатации механизированных комплексов в очистном забое, подвигаемом по падению или восстанию, а также средств транспортирования угля, материалов, людей и оборудования по наклонным выработкам, примыкающим к очистному забою.
По условиям работы существующих комплексов оборудования отработка пласта лавами по падению (восстанию) может быть эффективна при угле падения пластов до 10–12°. При создании новых средств выемки угля в очистном забое схема погоризонтной подготовки может быть распространена на пласты с углами падения до 18°.
С увеличением мощности пласта существенно усиливаются проявления отжима угля в очистном забое. При мощности пласта более 2 м отжим угля проявляется постоянно. Отжим угля от забоя и вывалы породы из кровли (особенно при отработке пласта лавами по восстанию) повышают опасность работы в очистном забое, вызывают аварии забойных механизмов. В связи с этим возможность отработки пластов мощностью свыше 1,5–2 м лавами по восстанию должна подвергаться соответствующей оценке.
Приток воды в очистной забой осложняет работу лав, подвигаемых по падению. Вода, поступающая из выработанного пространства, скапливается в очистном забое, что приводит к размоканию почвы и потере ею прочности, снижает безопасность работ и отрицательно сказывается на производительности труда рабочих и их здоровье. Поэтому разработка пластов с водопритоком более 5 м3/ч лавами по падению, как правило, не рекомендуется.
Таким образом, область эффективного применения погоризонтной схемы подготовки ограничена следующими условиями: угол падения пласта не более 10°; мощность пласта не более 1,5–2 м при подвигании лав по восстанию и любая при подвигании по падению; приток воды в очистной забой – любой при подвигании лав по восстанию и не более 5 м3/ч при подвигании по падению.
При погоризонтной схеме подготовки с выемкой столбов по падению или восстанию наклонную высоту между выемочными ступенями горизонта (длину выемочных столбов) следует принимать 800–1000 м для тонких и мощных пластов и 1200–1500 м для пластов средней мощности.
Погоризонтная схема подготовки позволяет:
упростить подготовку шахтного поля и схему транспортирования угля в шахте;
сократить протяженность и объем выработок по подготовке шахтного поля;
обеспечить стабильность длины лавы, что благоприятно сказывается на использовании выемочных комплексов;
уменьшить вероятность встречи нарушений, поскольку они преимущественно ориентированы по падению пластов, и повысить тем самым надежность работы лав;
при подвигании лав по падению уменьшить поступление метана из выработанного пространства в призабойное, снизить интенсивность отжима угля;
при подвигании лав по восстанию сократить приток воды в призабойное пространство;
создать большую наклонную высоту ступени шахтного поля;
обеспечить полную конвейеризацию транспортирования угля в пределах участка на пластах с любой гипсометрией;
сократить одну транспортную ступень в связи с ликвидацией панельных (капитальных) наклонных выработок (бремсбергов и уклонов);
повысить устойчивость вентиляционных струй и уменьшить утечки воздуха.
Указанные достоинства особенно четко проявляются при широком применении высокопроизводительных средств механизации в очистных забоях и высоких нагрузках на лаву.
Недостатки погоризонтной схемы подготовки, кроме ограничения области применения по углу падения пластов (до 10°), связаны с дополнительными трудностями, обусловленными необходимостью проведения длинных наклонных выработок.
2.2. Способы погоризонтной подготовки
Индивидуальный способ. Основные варианты погоризонтной схемы подготовки пластов: пластовый, полевой, пластово-полевой.
На рис. 3.6 приведен вариант погоризонтной схемы подготовки главными полевыми и пластовыми штреками (пластово-полевой способ подготовки пластов). Подготовка пласта начинается с проведения главных штреков, один из которых полевой, а второй – пластовый.
Срок службы этих штреков равен времени отработки шахтного поля (выемочного горизонта) по простиранию. Главный полевой откаточный штрек предназначен для транспортирования добытого угля; по пластовому штреку доставляются в очистные забои необходимые материалы и оборудование. Штреки периодически сбиваются друг с другом промежуточными квершлагами. От пластового штрека проводят комплекс наклонных выработок (ходки и бремсберги). Главный полевой вентиляционный штрек соединяют с наклонными выработками промежуточными квершлагами.
Подготовка уклонной части шахтного поля осуществляется проведением по нижней границе шахтного поля штреков для вентиляции (для подачи свежего воздуха), водоотлива и выполнения вспомогательных процессов. Штреки соединяются с углубленным вспомогательным стволом специально проведенным воздухоподающим квершлагом.
Рис. 3.6. Схема погоризонтной подготовки бремсберговой части шахтного поля при отработке пласта средней мощности длинными столбами по падению и прямоточной схеме проветривания выемочного участка с подсвежением исходящей струи воздуха:
1 – главный откаточный полевой штрек; 2 – главный вентиляционный полевой штрек; 3 – изолирующие перемычки; 4 – вентиляционный промквершлаг; 5 – искусственное ограждение; 6 – монтажный штрек (разрезной просек); 7 – откаточный пластовый штрек; 8 – бункер; 9, 11 – выемочные наклонные выработки (бремсберги и ходки); 10 – откаточный промквершлаг
Конвейерные бремсберги (уклоны) с главным полевым штреком соединяются бункерами.
На рис. 3.7 приведена схема подготовки пласта Лоу Мэйн на шахте «Бентинк» (Великобритания).
Отличительной особенностью варианта погоризонтной схемы подготовки, представленного на рис. 3.8, является то, что наклонные выработки, соединяющие главные откаточный и вентиляционный штреки, проведены по породе. Пластовые наклонные выработки проводят с некоторым опережением очистного забоя и периодически соединяют их с полевыми наклонными выработками при помощи промежуточных гезенков.
Характерная схема подземного транспорта при погоризонтной подготовке пласта средней мощности с оконтуриванием столбов парными выработками приведена на рис. 3.9.
Рис. 3.7. Схема подготовки пласта Лоу Мэйн на шахте «Бентинк» (Великобритания):
1, 2 – соответственно воздухоподающий и воздухоотводящий стволы
Схемы планировки выработок при погоризонтной схеме подготовки шахтного поля достаточно многообразны. Они зависят в основном от направления подвигания очистного забоя в выемочных столбах и расположения отрабатываемой ступени в шахтном поле. Наиболее простая и надежная схема планировки в бремсберговых частях шахтного поля достигается при выемке пласта лавами по падению, а в уклонных частях – по восстанию. В этих условиях можно обеспечить выдачу угля из очистного забоя по примыкающей к нему наклонной выработке непосредственно на главный транспортный штрек. При подвигании лав по падению уголь транспортируется вниз по конвейерному бремсбергу, а при подвигании по восстанию – вверх по конвейерному уклону. Конвейерный бремсберг (уклон) поддерживается в массиве угля в течение всего времени отработки выемочного столба. В то же время с одной стороны вентиляционной выработки во всех случаях находится выработанное пространство и условия ее поддержания наименее благоприятны.
Рис. 3.8. Схема погоризонтной подготовки главными полевыми и пластовыми штреками и полевыми бремсбергами:
1 – главный полевой вентиляционный штрек; 2 – главный полевой конвейерный штрек; 3 – главный воздухоподающий штрек (пластовый); 4 – полевой конвейерный бремсберг; 5 – полевой конвейерный бремсберг; 6 – воздухоподающий бремсберг; 7 – конвейерный бремсберг; 8 – конвейерный бремсберг; 9 – гезенк
Рис. 3.9. Технологическая схема подземного транспорта при погоризонтной схеме подготовки пласта средней мощности с оконтуриванием столбов парными выработками:
1 – монорельсовые дороги; 2 – ленточные конвейеры; 3, 4, 5 – рельсовые пути соответственно в полевом откаточном, промежуточном пластовом и полевом вентиляционном штреках
Групповой способ. Группирование пластов при погоризонтной схеме подготовки осуществляется, как правило, на основные выработки при помощи промежуточных гезенков и квершлагов: (рис. 3.10). Гезенки используются только для передачи угля с верхнего пласта на групповую выработку по нижнему пласту, а квершлаг – для проветривания, вспомогательных операций и передвижения людей. Данный способ группирования обеспечивает независимое развитие горных работ по пластам, более эффективное использование выемочной техники, улучшение состояния выработок по нижнему пласту, отрабатываемому с отставанием, за счет проведения и поддержания их под выработанным пространством.
Рис. 3.10. Схема погоризонтной подготовки с групповым полевым