Тема 6. Система розробки пластових родовищ.
6.1. Загальні поняття класифікація систем розробки.
Для забезпечення можливості виймання пластів в межах виймального поля (ярусу, поверху) необхідно провести відповідні підготовчі виробки, зберегти їх на період роботи очисних вибоїв, а в деяких випадках використати їх при відпрацюванні сусіднього виймального поля. Підготовчі виробки проводять до початку очисних робіт або одночасно з ними. Охорону підготовчих виробок здійснюють шляхом залишення ціликів, викладанням бутових смуг (закладка) та ін.
Системою розробки називають певний порядок проведення підготовчих виробок і очисних робіт, пов’язаний у просторі і часі.
Вибір системи розробки залежить від низки геологічних, технічних та організаційних факторів, серед яких:
1) умови залягання:
потужність, кут падіння і глибина залягання пласта;
газоносність, викидонебезпечність;
фізико - механічні властивості бокових порід;
величина водопритоку;
2) спосіб розкриття і підготовки шахтного поля;
3) спосіб проведення і підтримання підготовчих виробок.
Вимоги до систем розробки:
безпечне проведення гірничих робіт – з урахуванням небезпечних проявів гірського тиску, вибухонебезпечності газу, високої температури;
мінімальні матеріальні і трудові витрати,
незначні втрати корисної копалини.
Системи розробки класифікують в залежності від ряду ознак. В залежності від потужності пластів і способу виймання системи розробки поділяють на дві групи:
- системи з вийманням на повну потужність,
- з поділом пласта на шари.
В залежності від форми і довжини вибою:
- системи розробки з довгими очисними вибоями (лавами),
- з короткими вибоями (камерами).
Класифікація системи розробки лавами тонких і середньої потужності вугільних пластів:
системи розробки
суцільні стовпові
комбіновані
по простяганню по
падінню-підняттю
лава-ярус під-ярус одинарні
спарені
лава-поверх підповерх лави
лави
6.2. Суцільні системи розробки
Для цих систем очисні і підготовчі виробки проводять одночасно в одному напрямку, частіше від бремсбергів, ухилів чи поверхових квершлагів до меж виймального поля. Існує багато варіантів системи розробки, вказаних у наведеній вище схемі. На рис. 6.1, наприклад, наведено три варіанти суцільної СР “лава-ярус” за простяганням пласта. Вентиляційні штреки проводяться за лавою (варіанти а, в) або з невеликим випередженням (вар. б), відкотні штреки - з випередженням на 50 – 200 м (вар. а, б), яке забезпечує можливість проведення транспортних маневрів при завантаженні вугілля з лави. Вентиляційні і транспортні штреки можуть проводити також за лавою (рис.6.1, в). Розглянемо найбільш характерні з варіантів.
a) в)
б)
Рисунок.6.1. Суцільні системи розробки, варіанти: а- лава-ярус; б- лава-поверх для крутого падіння; в- лава-поверх з відставанням поверхових штреків для пологого падіння. 1,4– головні відкотний і вентиляційний штреки; 6,2- панельні бремсберги; 3,5- ярусні відкотний і вентиляційний штреки; 8 – піч; 9 – просік; 10-розрізна піч; 11- бутова смуга; 7, 7/ поверхові квершлаги відкотний і вентиляційний.
Варіант Сц-1-а “лава-поверх” або “лава-ярус” (рис.6.1, а) з відробкою за простяганням. Для здачі лави в експлуатацію від панельних бремсбергів необхідно пройти вентиляційний штрек 5 на відстань 30...50 м від бремсбергів (на ширину цілика), а ярусний відкотний штрек 3 - на 100...200 м довшим, пройти розрізну піч, змонтувати обладнання в лаві. Одним з недоліків цього та подібних варіантів СР є складність застосування конвеєрного транспортування вугілля по відкотному штреку одночасно з транспортуванням породи від прохідки штреку.
Варіант Сц-1-б “лава-поверх” - лава з стелеуступним вибоєм на тонкому крутопадаючому пласті. Підготовка починається з проведення поверхових штреків 3 в обидва боки від квершлагу 7 (рис.6.1, б). За 10 м від квершлагу проводять коротку піч 8, від якої проводять просік 9, вентиляційну піч 10 між штреками і розрізну піч, від якої починають очисне виймання, поступово вводячи уступи висотою 8...20м в залежності від міцності вугілля. Випередження вибою відкотного штреку відносно магазинного уступу становить не менше 50 м.
Варіант Сц-1-в. “лава-поверх” - з проведенням обох штреків за лавою, з схороненням штреків бутовими смугами без залишення ціликів вугілля (рис. 6.1, в). Рекомендовано застосовувати при підготовці і вийманні пластів, схильних до раптових викидів газу і вугілля. Цей варіант ефективно застосовувати також на глибоких горизонтах при наявності здимання (пучення) порід підошви пласта і великому тиску гірських порід.
Недоліками варіанта є ускладнення організації прохідки штреків і роботи лави.
На шахтах можливі інші варіанти охорони транспортних і вентиляційних штреків (рис 6.3, 6.4). Зокрема при наявності відносно слабких вміщуючих порід на значних глибинах рекомендовано проводити транспортні штреки 9 польовими з перепуском вугілля через похилі гезенки 10 (рис 6.3, ж, з) При цьому найкращі умови для підтримання польового штреку мають місце для варіанта (з), коли цей штрек проводять в зоні розвантаження – після проходки лави.
Останні зауваження стосуються охорони вентиляційних штреків (рис 6.4 з).
Варіант Сц-2 суцільної СР з поділом поверху (яруса) на підповерхи (підяруси; розрізняють дві групи варіантів: з послідовним і паралельним провітрюванням лав, в т.ч.:
варіант Сц-2-а - з послідовним провітрюванням лав – для негазових шахт (рис.6.2, в), для верхніх лав використовують також підсвіжуючий струмінь повітря через проміжні штреки;
варіант Сц-2-б - з незалежним провітрюванням лав – для багатогазових шахт (рис.6.2, а, б). Рекомендований для пластів, небезпечних по раптових викидах і суфлярних виділеннях метану.
В обох варіантах проміжні бремсберги можуть охоронятись як бутовими полосами, так і ціликами.
Рисунок 6.2. Суцільні системи розробки, варіанти з поділом на підповерхи: а, б - з незалежним провітрюванням лав; в - з послідовним провітрюванням лав; 1,5–проміжні конвеєрний і вентиляційний штреки; 2- бутова смуга; 3- вентиляційні двері; 4- вентиляційний ходок; 6,7- проміжні бремсберг і ходок; 8,9- просік і піч; 10- розрізна піч.
Переваги варіантів з поділом поверху (ярусу) на підповерхи над варіантами без поділу (лава - поверх) :
збільшення числа діючих лав на одному горизонті,
збільшення висоти поверху, а отже зменшенні кількості поверхів, заїздів на них і приймальних площадок;
зменшення числа поверхових (ярусних) квершлагів, а на крутопохилих і крутих пластах – ще й кількості приствольних дворів.
Недоліками вказаних варіантів є ускладнення провітрювання очисних вибоїв, схем транспорту, зростання витрат на підтримання проміжних бремсбергів.
Варіант Сц-3 суцільної СР лавами по підняттю чи падінню застосовують при кутах падіння до 10 градусів; вони характеризуються постійною довжиною лави і прямолінійними підготовчими виробками в плані, що уможливлює застосування конвеєрного транспорту по ходку. В лавах по підняттю забезпечуються також нормальні умови роботи при значних водопритоках у вибої.
Суттєвим недоліком цього варіанта є ускладнення допоміжного транспорту по виймальних ходках для забезпечення потреб прохідки і очисних робіт. Тому його застосовують рідко.
Способи розташування і охорони виймальних виробок при суцільній СР залежать від гірничо-геологічних та гірничо - технічних умов. Виймальні штреки (ходки) проводять здебільшого по пласту, їх проходять вузьким, інколи широким вибоєм. Якщо відкотні штреки охороняються ціликами, то проводяться ще просіки, печі (рис. 6.3, а; рис. 6.4,а, г). На пластах потужністю менше 1...1,2 м замість просіків можуть проводити конвеєрні штреки невеликого перерізу.
Розміри ціликів залежать від кута падіння, глибини залягання, терміну підтримання виробок, міцності вугілля; для пологого падіння вони становлять по простяганню 40-50 м, по падінню 20-30 м. Для крутого падіння при незначній тривалості підтримання штреку розміри ціликів значно менші – до 4х6 м. В багатьох випадках замість ціликів викладають так звані костри, кущі.
Якщо потужність пласта не перевищує 0.9...1,0 м, а глибина розробки до 400 м, то розмір цілика по падінню (висоту цілика) можна визначити з формули:
H = 0,004 m Н + 6.м,
де: Н – глибина розробки.
На практиці висота охоронних ціликів становить від 12...15 до 25...30 м.
При розробці вугільних пластів на більших глибинах, а також при наявності нестійких вміщуючих порід, охорона виробок ціликами виявляється неефективною, а негативний вплив ціликів відчувається при розробці нижче розташованих пластів: під ними концентруються значні напруги, виникає зона опорного тиску.
При проведенні штреків за лавами всю породу від проходки або перекріплення штреків закладають у бутову смугу. Недоліками охорони виробок бутовими смугами є значна величина осідання та повітропроникність, значна трудомісткість їх спорудження. Тому замість них застосовують швидко твердіючі вилиті бетонні смуги та блоки залізобетонних тумб (БЗБТ) – (рис. 6.3,е) та (6.4,ж).
Область застосування суцільних СР:
тонкі, більш рідко – середньої потужності пласти (до 1,5 м) з будь-якими боковими породами, для деяких варіантів (рис. 6.1,а) - з покрівлею, що легко обрушуються;
викидонебезпечні пласти, пласти, підошва яких схильна до здимання (пучення) (варіант в, рис.6.1).
Недоліки суцільних СР:
великі витрати на підтримання штреків,
відсутня попередня розвідка виймального поля;
взаємні організаційні перешкоди, в першу чергу транспортні при паралельному проведенні очисних і підготовчих робіт.
Для варіантів з ціликами - також втрати корисної копалини, а для варіантів без ціликів - зростання трудомісткості спорудження бутових смуг або бетонних вилитих смуг.
Рисунок 6.3. Технічні схеми розташування і охорони транспортних штреків при суцільній системі розробки:
а, б, в, г, д, е – по пласту з охороною їх відповідно ціликами вугілля, односторонньо бутовою смугою з випередженням вибою лави і по заду нього, двосторонньою бутовою смугою з випередженням вибою лави і по заду нього, БЖБТ (органним кріпленням, кострами, кустами, литими смугами і др.); ж, з – по пустим породам (польові) відповідно з випередженням вибою лави і по заду нього; 1- транспортний пластовий штрек; 2 – піч; 3 – просіка; 4 – бутовий штрек;5–розкоска; 6 – косовичник (ел___ порід, то конвеєрний штрек); 7 – конвеєрний ходок; 8 – БЗБТ; 9 – транспортний польовий штрек, 10 – похилий гезенк.
Рисунок 6.4. Технологічні схеми розташування і охорони вентиляційних штреків при суцільній системі розробки:
а,б,в – з проведенням нових штреків і охорони їх відповідно ціликами вугілля, бутовою смугою односторонньою, бутовою смугою двохсторонньою; г,д,е,ж,з – з повторним використанням колишніх транспортних штреків і охорони їх відповідно ціликами вугілля, бутовою смугою односторонньою, бутовою смугою двохсторонньою БЗЖБТ (органним кріпленням, кострами, кущами), масивом порід; 1 – вентиляційний штрек, проводиться заново, 2 – вентиляційна піч; 3 – запасний вихід з лави; 4 – косовичник; 5 – колишній транспортний штрек, використовуємий в якості вентиляційного: 6 – бутовий штрек; 7 – вентиляційний ходок в закладці; 8 – просіка; 9 – БЗБТ; 10 – вентиляційний гезенк.
Переваги суцільних СР:
мінімальний об’єм і вартість підготовчих виробок на період введення лави в експлуатацію;
відсутність довгих, важко провітрюваних тупикових виробок;
сприятливі умови для видалення метану з виробленого простору лав, а при раптових викидах – більш безпечні умови відпрацювання викидонебезпечних пластів.