Действующей шахты (по проф. Казакову в. Б.)

Блок 1 осуществляет ввод исходных данных, необходимых для расчета мощности шахты.

Блок 2 определяет технические возможности шахты по фронту горных работ (сумма нагрузок на очистные забои и добыча угля из подготовительных выработок). Нагрузка на очистной забой определяется как минимальная из нагрузок, рассчитанных по организационным факторам, по условиям проветривания и ограничениям на подвигание очистного забоя вследствие подработки (надработки) пластов, если они имеются.

Блок 3 определяет пропускную способность участкового конвейерного транспорта по маршрутам «очистной забой – погрузочный пункт на магистральной транспортной выработке», которая определяется минимальной пропускной способностью транспортного средства, входящего в каждый маршрут.

Блок 4 определяет пропускную способность магистрального транспорта по маршрутам «участковый погрузочный пункт – околоствольный двор».

Блок 5 определяет пропускную способность маршрутов «очистной забой – околоствольный двор».

Блок 6 определяет пропускную способность околоствольного двора как наименьшую из пропускных способностей выработок околоствольного двора и опрокидывателя (если применяется электровозный транспорт).

Блок 7 определяет пропускную способность подъема.

Блок 8 осуществляет расчет технических возможностей шахты по условиям проветривания, для чего определяется количество воздуха, которое необходимо подавать в шахту. Затем, зная добычу, определенную по фронту горных работ, и количество подаваемого вентилятором воздуха, определяют техническую возможность шахты по условиям проветривания.

Блок 9 определяет пропускную способность технологического комплекса на поверхности, для чего устанавливаются пропускные способности маршрутов «приемные бункера – погрузка в железнодорожные вагоны» и «приемные бункера – аварийный склад».

Блок 10 определяет производственную мощность шахты как наименьшую из пропускных способностей ведущих технологических процессов (звеньев).

Блок 11 осуществляет печать результатов расчета. На печать кроме производственной мощности шахты выводятся пропускные способности ведущих технологических процессов, а также наименования наименее производительного оборудования («узкие места») в каждом ведущем технологическом процессе.

Основные требования к технологическим и техническим решениям на весь период и каждый отдельный этап отработки шахтного поля заключаются в следующем:

обеспечение стабильности (либо роста) основных показателей работы шахты на всем протяжении ее эксплуатации, за исключением периодов освоения и затухания мощности, реконструкции;

своевременные начало и окончание работ по воспроизводству выбывающих основных фондов;

максимальное восприятие достижений научно-технического прогресса в кратчайшие сроки;

сокращение сроков строительства и реконструкции шахт до минимума;

повышение эффективности использования капитальных вложений.

Оптимизацию проектной мощности и сроков службы шахты необходимо осуществлять не только с позиций рациональной отработки запасов всего шахтного поля Z, но и рациональной отработки запасов отдельных его частей. Иными словами, проектная мощность шахты должна быть функцией не только всех запасов , но и одновременно функцией запасов на конкретных участках шахтного поля (Z₁, Z₂, …, Z_n):

.

В связи с тем, что количественные параметры шахты за длительный период могут существенно изменяться лишь дискретно, задача сводится к определению такого интервала времени, в пределах которого как качественные, так и количественные параметры шахты будут оставаться неизменными, экономически эффективными.

Таким образом, мощность шахты А, производительность труда Р (трудоемкость работ) на всех этапах должны либо быть постоянными, либо улучшаться:

;

.

Оптимальные запасы угля на первом, втором и последующих участках должны обеспечивать срок службы в каждом периоде , превышающий время на подготовку к работе последующего участка :

.

1.7. Деление шахтного поля на части

Разработку шахтного поля ведут отдельными участками или частями (рис. 1.11).

Рис.1.11. Деление шахтного поля:

I – на этажи; II – на панели; III – на столбы, вытянутые по падению (восстанию); 1 – капитальный квершлаг; 2 – главный откаточный штрек; 3 – бремсберг; 4 – ходки; 5 – этажный откаточный штрек; 6 – ярусный конвейерный штрек; 7 – этажный вентиляционный штрек; 8 – ярусный вентиляционный штрек; 9 – главный полевой вентиляционный штрек; 10 – шурф; 11 – главный полевой откаточный штрек

Часть шахтного поля, ограниченную по падению и восстанию соответственно нижней и верхней границами шахтного поля, а по простиранию – с одной стороны боковой границей шахтного поля, с другой вертикальной плоскостью, проведенной вкрест простирания пласта и проходящей через главные вскрывающие выработки, называют крылом (рис. 1.11, контуры а–б–г–д). Обычно противоположные крылья шахтного поля одинаковы по размерам. Двукрылая разработка шахтного поля при прочих равных условиях позволяет более интенсивно вырабатывать запасы.

Часть шахтного поля, отрабатываемую на один околоствольный двор и ограниченную по простиранию боковыми границами шахтного поля, называют выемочным горизонтом. Размер выемочного горизонта по простиранию равен размеру шахтного поля по простиранию, а размер по падению изменяется от 100 м до 2000–3000 м и более.

Проектная мощность шахты должна обеспечиваться, как правило, работой на одном горизонте. В России срок службы горизонта для шахт, разрабатывающих пологие и наклонные пласты, должен составлять не менее 20 лет, а для шахт, разрабатывающих крутонаклонные и крутые пласты, не менее 10–15 лет. В Великобритании рациональным считается срок службы горизонта 15 лет, а минимальным 9–10 лет.

Бремсберговой частью выемочного горизонта называют участок, ограниченный по простиранию боковыми границами шахтного поля, по восстанию – верхней границей шахтного поля или нижней границей верхнего выемочного горизонта, а по падению – горизонтальной плоскостью, проходящей через отметку откаточного горизонта (бремсберговую часть обслуживают бремсберги) (рис. 1.11, контуры в–г–е–з).

Уклонной частью выемочного горизонта называют участок, ограниченный по простиранию боковыми границами шахтного поля, по падению – нижней границей шахтного поля или верхней границей нижнего выемочного горизонта, а по восстанию – горизонтальной плоскостью, проходящей через отметку откаточного горизонта (уклонную часть обслуживают уклоны) (рис. 1.11, контуры б–в–з–ж).

Обычно размер по падению уклонной части меньше бремсберговой в связи с более сложными условиями проветривания и транспортирования полезного ископаемого снизу вверх. По этой причине уклонная часть может вообще отсутствовать. Размер уклонной части должен не превышать 1000–1200 м.

Функциональной особенностью выемочного горизонта является наличие только одного главного околоствольного двора, предназначенного для выдачи запасов полезного ископаемого в пределах горизонта. Если в шахтном поле только один околоствольный двор, через который выдаются все запасы шахтного поля, то можно считать, что имеется только один выемочный горизонт, по геометрическим размерам и запасам равный шахтному полю. В этом случае бремсберговая и уклонная части горизонта становятся бремсберговой и уклонной частями шахтного поля.

На шахтах большой производственной мощности («Распадская» в России, «Селби» в Великобритании и др.) шахтные поля делят на самостоятельно проветриваемые одновременно действующие блоки.

Блоком называют часть шахтного поля, вскрытую с поверхности воздухоподающими и вентиляционными стволами, которые могут быть использованы также для спуска-подъема людей, материалов и оборудования. Объединяет блоки общий для всего горизонта главный откаточный штрек, по которому осуществляется транспортирование угля к главным стволам, или групповые транспортные и коммуникационные сети на поверхности, соединяющие блоки с центральной промышленной площадкой у главных стволов. В последнем случае полезное искомое выдают по блоковым стволам.

На рис. 1.12 показана схема, в которой шахтное поле разделено на три блока. При одновременной работе трех блоков производственная мощность шахты существенно увеличивается. Шахтное поле разрабатывается тремя горизонтами.

В центре шахтного поля (2-го блока) проведены два центрально-сдвоенных ствола, а в центре 1-го и 3-го блоков пройдены воздухоподающие стволы.

Рис.1.12. Деление шахтного поля на блоки:

1 – главные стволы; 2 – блоковые воздухоподающие стволы; 3 – вентиляционные шурфы (стволы); 4 – блоковые воздухоподающие стволы; 5 – главные откаточные штреки; 6 – лава; 7 – границы блоков

При разработке 1-го горизонта перечисленные стволы служат для подачи свежего воздуха в забои блоков. Уголь выдается только по центрально-сдвоенным стволам, у которых размещены все поверхностные сооружения для приемки угля. Отработанный воздух отводится по вентиляционным шурфам или стволам, которые располагаются у верхней границы блоков в средней их части.

Для разработки 2-го и 3-го горизонтов проходят еще три ствола у нижней границы шахтного поля. По этим стволам на 2-й горизонт подается свежий воздух. Отработанный воздух отводится по стволам, по которым ранее в шахту подавался свежий воздух. Для разработки 3-го горизонта все стволы углубляются. Таким образом, каждый блок проветривается как самостоятельное шахтное поле, имеющее небольшие размеры по простиранию.

Бремсберговые и уклонные части выемочного горизонта разделяют на более мелкие части – этажи или панели.

Этажом называют часть шахтного поля, ограниченную по падению и восстанию, соответственно откаточным и вентиляционным этажными штреками, по простиранию – границами шахтного поля (рис. 1.11, I). Наклонная высота этажа зависит от горно-геологических условий и горнотехнических факторов. Так, например, в России при разработке пластов с углами падения от 35 до 55° она обычно составляет 145–155 м. При разработке крутых пластов наклонную высоту этажа принимают равной 125–135 м, а вертикальную – 100–120 м. В Великобритании наклонная высота этажа колеблется от 100 до 200 м, во Франции при разработке пологих пластов она достигает 500 м и более. При разработке крутых и крутонаклонных пластов наклонная высота этажа составляет 100–180 м, вертикальная – 75–150 м.

В свою очередь, этажи можно разделить на подэтажи подэтажными штреками. Для транспортирования полезного ископаемого и подачи свежего воздуха подэтажные штреки должны быть соединены с этажными откаточными штреками, промежуточными (участковыми) бремсбергами (скатами и др.). Часть этажа, в пределах которого разработка пласта (пластов) осуществляется с помощью одного (общего для нескольких пластов в случае групповой разработки) участкового бремсберга, ската или квершлага, называется выемочным полем (рис. 1.13).

Размер выемочного поля по простиранию на пологих пластах находится в пределах 800–1100 м, на наклонных – 400–800 м, на крутых – 350–500 м. При разработке мощных крутых пластов с разделением на слои размер выемочного поля по простиранию может быть уменьшен до 100–120 м.

При разработке крутых пластов разделение этажа на два подэтажа, объединяемых в каждом выемочном поле посредством углеспускного ската, применяется редко. Как правило, крутые пласты отрабатываются лавами-этажами, т.е. этажами, в пределах которых по восстанию может быть нарезана только одна лава. В подобном случае выемочное поле представляет собой обычно часть этажа, расположенную между двумя регулярно проводимыми на откаточном горизонте участковыми (промежуточными) квершлагами.

Рис.1.13 – Деление этажа на выемочные поля:

1 – этажный откаточный штрек; 2, 3 – соответственно участковые бремсберг и ходок; 4, 5 – соответственно вентиляционный и откаточный подэтажные штреки; 6 – этажный вентиляционный штрек; 7 - просек

Выемочные поля бывают односторонними, если очистные забои располагаются с одной стороны от промежуточного бремсберга (уклона, ската, квершлага), и двусторонними, если очистные забои расположены с обеих сторон промежуточного бремсберга (уклона, ската, квершлага).

В России деление шахтных полей на этажи, как правило, применяют при разработке пластов с углами падения свыше 25°. В Грмании, Великобритании и Франции шахтные поля делятся на этажи независимо от угла падения пластов.

Панелью называют часть шахтного поля, ограниченную по восстанию и падению главными штреками (откаточным и вентиляционным) либо с одной стороны границей шахтного поля (соответственно верхней или нижней), а по простиранию – границами соседних панелей или границей соседней панели с одной стороны и границей шахтного поля с другой и обслуживаемую собственной транспортной выработкой – бремсбергом (уклоном) (рис. 1.11, II).

Панели могут быть одно- и двукрылыми, бремсберговыми и уклонными. Длина панели, как и бремсберга (уклона), обычно регламентируется возможностями транспортных средств по наклонным выработкам и условиями проветривания. Размер панели по простиранию на шахтах в России составляет преимущественно 2500–3000 м, по падению – 1200–1500 м, на шахтах США он равен 500–2000 м, на шахтах Великобритании – 2000–3000 м.

Панели по падению делят на ярусы.

Ярус – это часть панели, ограниченная по падению и восстанию, соответственно откаточным (конвейерным) и вентиляционным штреками, по простиранию – границами панели. При однокрылых панелях ярус одновременно отрабатывают одним или двумя очистными забоями, при двукрылых – двумя или четырьмя.

В России деление шахтных полей на панели, как правило, применяют при разработке пластов любой мощности и обводненности с углом падения до 25°. В США, Великобритании и других странах шахтные поля делятся на панели при разработке пластов, близких к горизонтальному залеганию.

Выемочным участком называют участок одного пласта в пределах одного подэтажа (подъяруса) и одного крыла выемочного поля (панели). При индивидуальной отработке пластов лавами-этажами понятия выемочное поле и выемочный участок совпадают.

При отработке горизонтальных пластов выемочный участок представляет оконтуренный штреками и отрабатываемый столб полезного ископаемого.

На шахтах при разработке пластов с углами падения до 10° шахтное поле (горизонт) делят на бремсберговую и уклонную части длиной по падению 800–1000 м для мощных пластов и 1000–1500 м для пластов тонких и средней мощности, которые отрабатываются очистными забоями, подвигаемыми по падению или восстанию (рис. 1.11, III).

Шахтное поле может включать один пласт или свиту пластов. Пласты в свите могут разрабатываться одновременно или последовательно.

Группой пластов называют часть пластов свиты, разработка которых ведется на одну горизонтальную откаточную выработку.