4. Этажная схема подготовки

4.1. Сущность схемы

Отличительной особенностью этажной схемы подготовки является деление шахтного поля на этажи, вертикальная высота которых одинакова по всему простиранию пласта в шахтном поле. Разные по времени отработки этажи могут иметь различную вертикальную высоту.

В зависимости от мощности и газоносности пластов, склонности угля к самовозгоранию, устойчивости вмещающих пород, опасности в отношении горных ударов, геологической нарушенности, а также от производственной мощности шахты и других факторов вертикальная высота этажа принимается не менее 100–120 м.

При этажной схеме подготовки (рис. 3.20) от околоствольного двора или места пересечения пласта капитальным квершлагом проводят главный откаточный штрек (пластовый или полевой) обычно на длину до 150 м, а из него в середине шахтного поля – капитальный бремсберг с одним-двумя ходками для доставки грузов и передвижения людей.

От капитального бремсберга в обе стороны проводят этажные откаточные и вентиляционные штреки с просеками (параллельными штреками), которые сбивают разрезными печами на расстоянии не менее 40 м от ходков (при прямом порядке отработки) или у границ этажа (при обратном порядке).

Рис. 3.20. Схема этажной подготовки:

I–IX – этажи; 1 – капитальный квершлаг; 2 – главный откаточный штрек; 3 – капитальный бремсберг; 4 – ходки; 5, 7 – соответственно параллельный и этажный вентиляционный штреки; 6 – этажный откаточный штрек; 8 – шурф

После отработки запасов в первом этаже ведут очистную выемку во втором.

При отработке запасов последнего этажа в бремсберговой части шахтного поля приступают к подготовке этажей в его уклонной части. С этой целью на наклонную высоту этажа проводят капитальный уклон и два ходка, остальные подготовительные выработки проводятся по уже описанной схеме.

Схемы проветривания уклонной части шахтного поля должны быть такими, чтобы свежий воздух для проветривания подавался из нижней точки уклонного поля по специально пройденным или предназначенным для этого выработкам.

Этажная схема подготовки является превалирующей во многих странах (Германии, Великобритания, Франция и др.).

В России также нет практически ни одного крупного бассейна или месторождения, на шахтах которых не применялась бы этажная схема подготовки шахтных полей в той или иной модификации. При этом она в основном используется при разработке пластов с углами падения более 25°. В некоторых случаях она находит применение на пологих пластах: при вскрытии шахтных полей наклонными стволами, пройденными по пласту; при вскрытии вертикальными стволами полей, имеющих небольшие размеры по простиранию; при разработке сильногазоносных пластов.

Достоинства этажной схемы подготовки: простота проветривания; небольшой объем подготовительных выработок; возможность быстрого ввода шахты в эксплуатацию.

Недостатки – отсутствие возможности для широкого развития фронта очистных работ, необходимость в проведении этажных откаточных штреков на всю длину шахтного поля и поддержании их в течение всего периода отработки этажа.

4.2. Этажная схема при индивидуальной подготовке пластов

Основные варианты этажной схемы при индивидуальной подготовке пластов – пластовый и пластово-полевой.

На рис. 3.21 изображен вариант этажной схемы при пластовой подготовке. По каждому из пластов у вскрывающего капитального квершлага проводят капитальные бремсберги и уклоны и уже от них – этажные штреки. Каждое крыло этажа отрабатывается одной лавой, в связи с чем такой вариант называют лава-этаж.

Бремсберговую часть шахтного поля можно проветривать через самостоятельные шурфы или скважины 800 мм на каждом пласте. При переходе в уклонную часть шахтного поля проветривание осуществляется через центрально-сдвоенные стволы. Для этого параллельно капитальному откаточному квершлагу проводят вентиляционный квершлаг, по которому исходящая струя воздуха направляется к воздухоотводящему (главному) стволу, а свежий воздух поступает на нижнюю отметку уклонного поля по специально пройденным для этого выработкам, не имеющим сбоек с выработками с противоположным направлением вентиляционных струй.

Рис. 3.21. Этажная схема при пластовой подготовке:

1 – капитальные квершлаги; 2 – бремсберги; 3 – лава

Другая разновидность этажной схемы при индивидуальной подготовке пластов – вариант с разделением этажа на подэтажи. В этом случае этаж делят на двухсторонние (рис. 3.22) или односторонние выемочные поля, отрабатываемые на участковые бремсберги.

От места пересечения пласта с этажными откаточным и вентиляционным квершлагами проводят этажные откаточный и вентиляционный штреки с просеками на длину этажа или на той его части, которую предполагается отрабатывать в первую очередь. Из этажных штреков проводят в середине выемочных полей участковые бремсберги с ходками, а от них – подэтажные штреки.

Рис. 3.22. Этажная схема с разделением этажа на подэтажи при пластовой подготовке:

I–III – этажи; 1, 10 – соответственно этажные откаточный и вентиляционный квершлаги; 2, 8 – соответственно этажные откаточный и вентиляционный штреки; 3 – просек; 4 – ходок; 5 – участковый бремсберг; 6, 7 – соответственно подэтажные вентиляционный и откаточный штреки; 9 – лавы

Очистные работы ведутся с двух сторон в направлении к участковому бремсбергу. Путь воздушной струи при проветривании нижнего подэтажа: этажный откаточный квершлаг – этажный откаточный штрек – лава – подэтажный вентиляционный штрек – участковый бремсберг – этажный вентиляционный штрек – этажный вентиляционный квершлаг. Путь воздушной струи при проветривании верхнего подэтажа: этажный откаточный квершлаг – этажный откаточный штрек – участковый ходок – подэтажный откаточный штрек – лава – этажный вентиляционный штрек – этажный вентиляционный квершлаг.

При этажной схеме подготовки с разделением этажа на подэтажи в технологической схеме транспорта появляются дополнительные звенья (подэтажный откаточный штрек и участковый бремсберг), необходимые для передачи угля из лавы верхнего подэтажа на этажный откаточный штрек.

На рис. 3.23 приведена технологическая схема транспорта при этажной схеме подготовки с разделением этажа на подэтажи, применяемая при разработке крутых пластов. Уголь из очистного забоя верхнего подэтажа конвейерами доставляется к углеспускной печи и далее поступает на конвейер в нижнем штреке. Доставка вспомогательных материалов и оборудования осуществляется по горизонтальным выработкам монорельсовыми дорогами, а по вентиляционной печи – лебедкой, либо специальным подъемником.

Рис 3.23. Технологическая схема подземного транспорта при этажной схеме подготовки с разделением этажа на подэтажи на крутых пластах:

1 – рельсовый путь в этажном вентиляционном штреке; 2 – этажный вентиляционный квершлаг; 3 – конвейер в подэтажном штреке; 4, 5 – соответственно углеспускная и вентиляционная печи; 6 – рельсовый путь в откаточном квершлаге; 7 – конвейер в этажном штреке; 8 – монорельсовые дороги

На рис. 3.24 представлен вариант этажной схемы с разделением этажа на подэтажи при пластово-полевой подготовке. Пласт вскрывается с этажных полевых штреков промежуточными квершлагами, которые проводятся через 800–1200 м. По пласту проводят подэтажный конвейерный и этажный воздухоподающий штреки, а также участковый конвейерный бремсберг и ходок. Вначале подготавливается первая лава верхнего подэтажа. После пуска ее в работу сразу же приступают к подготовке второй лавы нижнего подэтажа. Данная схема рекомендуется для отработки пластов мощностью 0,9–3,5 м с углами падения 10–35°, залегающих на глубине до 600 м.

4.3. Этажная схема при групповой подготовке пластов

На рис. 3.25 изображен вариант этажной схемы подготовки с группированием пластов на горизонте этажных штреков. При групповой разработке двух пластов капитальный бремсберг целесообразно проводить только по нижнему пласту. Второй пласт в каждом этаже вскрывается промежуточными квершлагами (откаточным и вентиляционным). Уголь, добытый из верхнего пласта, транспортируется по промежуточному квершлагу на штрек нижнего пласта и по капитальному бремсбергу вместе с углем нижнего пласта доставляется на горизонт околоствольного двора и далее к стволу.

Рис. 3.25. Этажная схема подготовки с группированием пластов на горизонте этажных штреков:

1 – промежуточные квершлаги

Воздух для проветривания подается в направлении, противоположном движению груза. Путь его движения: откаточные выработки – очистные забои – вентиляционный штрек по верхнему пласту – вентиляционный промежуточный квершлаг – вентиляционный штрек по нижнему пласту – шурф.

При небольшом расстоянии между пластами откаточный и вентиляционный этажные штреки можно поддерживать только на одном пласте, периодически соединяя пласты промежуточными квершлагами вблизи очистных забоев и погашая штреки на другом пласте (см. рис. 3.25).

Этажная схема подготовки с группированием на пластовые (рис. 3.26, а) и полевые (рис. 3.26, б) бремсберги (уклоны) предусматривает проведение по нижнему пласту (или породе) группового бремсберга (уклона), на который по штрекам и этажным квершлагам передается весь добываемый на пластах уголь. Ходки при групповом бремсберге (уклоне) должны иметь достаточное сечение для пропуска воздуха в очистные забои обслуживаемых пластов. Это обстоятельство лимитирует число одновременно разрабатываемых пластов через групповой бремсберг или уклон.

Рис. 3.26. Этажная схема подготовки с группированием на пластовые (а) и полевые (б) бремсберги:

1 – групповой пластовый бремсберг; 2 –пластовые штреки; 3 – групповой полевой бремсберг; 4 – этажные квершлаги

При разработке свиты крутых пластов применяют два варианта этажной подготовки. По первому варианту на каждом горизонте все пласты вскрывают этажными квершлагами, от которых в обе стороны проводят этажные штреки и затем начинают вести очистные работы (рис. 3.27). На каждом пласте располагают только два очистных забоя, по одному в каждом крыле. Пласты разрабатывают как раздельно, так и совместно. Этот вариант широко применяется при разработке свиты тонких пластов. Описанный вариант подготовки характеризуется ограниченным числом очистных забоев, их значительной пространственной разбросанностью и большим числом участковых квершлагов. По второму варианту этажи делятся по простиранию на двухсторонние выемочные поля, которые подготавливаются самостоятельными промежуточными квершлагами (рис. 3.28). Разработка каждого пласта в пределах выемочного поля ведется в двух направлениях. Таким образом, при подготовке одного и того же месторождения по второму варианту можно иметь в 2 раза больше очистных забоев, чем при подготовке по первому варианту.

Рис. 3.27. Этажная схема подготовки свиты крутых пластов (первый вариант):

1 – стволы; 2 – этажный квершлаг; 3 – групповой полевой штрек; 4 – промежуточные квершлаги; 5 – групповой пластовый штрек; 6 – очистные забои

Рис. 3.28. Этажная схема подготовки свиты крутых пластов (второй вариант):

1 – стволы; 2 – выемочные поля; 3 – групповой пластовый штрек; 4 – промежуточные квершлаги; 5 – очистные забои; 6 – границы шахтного поля; 7 – групповой полевой штрек

Если же в каждом крыле шахты будет не по одному, а по два рабочих выемочных поля, то число забоев, а следовательно, и линия очистных забоев увеличится еще больше. Расчетная длина линии очистных забоев обеспечивается в 2 раза меньшим по сравнению с первым вариантом числом включенных в работу пластов. В результате этого на каждый момент отработки требуется иметь в 2 раза меньший объем выработок (промежуточных квершлагов), проводимых по породе.

Двухсторонняя отработка выемочных полей позволяет сократить в 2 раза срок поддержания выработок. Кроме того, повышается концентрация очистных работ, снижаются затраты на транспорт, улучшается тепловой режим в глубоких шахтах.

В Германии этажная схема подготовки применяется независимо от угла падения пластов. При наличии в пределах шахтного поля дислоцированных участков оно делится на блоки, размеры и расположение которых определяются геологическим строением месторождения (например, тектоническими нарушениями). Каждый блок вскрывается капитальным слепым стволом большого сечения, по которому выдается уголь на откаточный горизонт и подается свежий воздух в выработки.

Отличительная особенность отработки блоков – последовательная выемка пластов свиты в нисходящем порядке в пределах блока. При этом, как правило, в работе находится один пласт одновременно на нескольких промежуточных горизонтах. К достоинствам подобной отработки относятся концентрация горных работ и уменьшенный объем проведения подготовительных выработок.

Вкрест простирания шахтное поле обычно вскрывается несколькими квершлагами, проведенными перпендикулярно к главным полевым штрекам.

Расстояние между квершлагами зависит от угленосности месторождения, степени устойчивости боковых пород, способа крепления выемочных штреков, способа транспортирования угля и материалов по выемочным штрекам, а также ряда других факторов и составляет 700–1200 м.

Из квершлагов проводят слепые стволы (гезенки), вскрывающие соседние пласты, а от слепых стволов (гезенков) – пластовые выработки (транспортные и вентиляционные штреки, разрезные печи). Примером группирования пластов с помощью слепых стволов (гезенков) может служить схема вскрытия и подготовки одного из участков на шахте «Генрих Роберт» (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Схема вскрытия и подготовки выемочного участка на шахте «Генрих Роберт» (Германия):

1 – полевые штреки; 2 – квершлаги; 3 – слепые стволы (гезенки); 4, 5 – соответственно пласты Рёттгерсбанк и Вильгельм

При подготовке шахтных полей от главных квершлагов проводят на каждом горизонте групповые полевые штреки. При этом их стараются размещать в возможно более устойчивых породах.

В Великобритании при этажной схеме подготовки шахтных полей с группировкой пластов последние вскрываются горизонтальными или наклонными групповыми выработками либо одновременно теми и другими.