Лекция 10.

1. Основные технологические принципы вскрытия шахтных полей подземным способом

Вскрытием месторождения или шахтного поля называют проведение комплекса вскрывающих выработок, которые открывают доступ с поверхности к полезному ископаемому и обеспечивают возможность проведения основных подготовительных выработок. Различают схему и способ вскрытия шахтного поля.

Схемой вскрытия называют пространственное расположение сети вскрывающих выработок (стволы, штольни и др.) относительно границ шахтного поля.

Способ вскрытия — расположение системы вскрывающих выработок в шахтном поле относительно горизонтальной плоскости с учетом их функционального назначения.

К основным факторам, определяющим выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля или его части, относятся: число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства вмещающих пород, расстояние между пластами, мощность наносов или покрывающей непродуктивной толщи, наличие плывунов и других водоносных пород, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности, производственная мощность шахты, размер шахтного поля, срок службы шахты, уровень развития горно-добывающей техники, подготовка шахтного поля, системы разработки и схемы вентиляции и др.

Схема и способ вскрытия должны обеспечивать: рациональную разработку шахтного поля в течение всех этапов работы шахты и получение стабильной проектной добычи угля на каждом этапе; минимальный объем вскрывающих горных выработок; минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие месторождения и строительство шахты; однотипность транспорта по всем горным выработкам; возможность периодического обновления горного хозяйства шахты; выемочный горизонт с достаточно большими запасами угля, чтобы промежутки между углубками стволов или изменениями элементов схемы были по возможности более длительными; концентрацию производства и грузопотоков и преимущественное применение конвейерного транспорта; максимальную производительность труда при минимальной себестоимости 1 т угля; эффективное проветривание горных выработок.

1.2. Вскрывающие выработки

Вскрывающие выработки — выработки, обеспечивающие доступ с поверхности к угольным пластам в недрах и возможность выполнения горных работ, связанных с подготовкой шахтных полей или его частей к отработке.

Горные выработки, используемые для вскрытия шахтных полей, делятся на главные и вспомогательные.

К главным вскрывающим выработкам относятся выработки, которые проводят с поверхности земли (вертикальные и наклонные стволы, штольни). С их помощью осуществляется вскрытие шахтного поля с поверхности. Они служат для транспортирования полезного ископаемого и породы, доставки материалов и оборудования, спуска-подъема людей, а также вентиляции.

К вспомогательным вскрывающим выработкам относятся слепые стволы, наклонные квершлаги, квершлаги, гезенки, скаты и другие выработки, которые служат для вскрытия пласта или свиты пластов от главных вскрывающих выработок, а также вскрытия нижних горизонтов шахтного поля. Число и тип вспомогательных вскрывающих выработок определяются в зависимости от угла падения, числа и расстояния между совместно вскрываемыми пластами.

Главные вскрывающие выработки располагаются относительно элементов залегания пласта самым различным образом. Вертикальные стволы, как правило, пересекают пласты полезного ископаемого или размещаются в породах лежачего либо висячего бока вскрываемых пластов.

Вертикальные стволы применяют для вскрытия месторождений практически при любых мощностях и углах падения пластов независимо от мощности наносов, размеров шахтного поля и производственной мощности шахты. С увеличением глубины разработки вертикальные стволы становятся единственным видом главных вскрывающих выработок, что соответствует тенденции подземного способа добычи полезного ископаемого в угледобывающих странах мира. В России примерно две трети шахтных полей вскрыто вертикальными стволами, в Германии, Великобритании и Франции — более 80 %. Вскрытие вертикальными стволами получило преимущественное распространение также в Польше.

Наклонные стволы проходят обычно по пласту полезного ископаемого или параллельно ему в породах лежачего бока; в некоторых случаях они проходятся по вмещающим породам под некоторым углом к напластованию. Вскрытие наклонными стволами применяют в основном при разработке неглубоко залегающих месторождений. С ростом глубины горных работ наблюдается тенденция уменьшения доли такого вскрытия (Великобритания, Россия). В США удельный вес вскрытия наклонными стволами довольно значителен (около 20 %), что объясняется благоприятными условиями залегания месторождений.

Штольни, как и наклонные стволы, можно проходить по пласту или под углом к нему в породах лежачего либо висячего бока. Горно-геологические условия угольных месторождений и рельеф местности в США позволили около 79 % шахтных полей вскрыть штольнями. В США считается, что до глубины 210—240 м целесообразность вскрытия штольнями или наклонными стволами не вызывает сомнения. Только при мощности покрывающих пород свыше 210—240 м окончательное решение может быть принято после тщательного технико-экономического анализа различных вариантов вскрытия, при котором учитываются как первоначальные капитальные затраты, так и эксплуатационные расходы. В Великобритании вскрытие свит пластов штольнями получило наибольшее распространение при разработке неглубоко залегающих угольных месторождений. Пласты, залегающие на глубине до 150—180 м и пригодные для вскрытия штольнями, имеются в Шотландии.

Стволы проходят или сразу на всю глубину шахтного поля, или постепенно углубляют по мере развития горных работ. В первом случае имеет место одногоризонтное вскрытие, во втором — многогоризонтное.

К преимуществам вертикальных стволов по отношению к остальным главным вскрывающим выработкам относятся: большая площадь поперечного сечения, что особенно важно при необходимости подачи в шахту большого количества свежего воздуха; меньшие расходы по обслуживанию и поддержанию; возможность совмещения в одном стволе всех необходимых транспортных операций. Недостатки вертикальных стволов: большая стоимость проходки; цикличность подъемных операций; сложность процесса углубки, создающая значительные затруднения для использования ствола в эксплуатационных целях даже при наличии специального углубочного отделения.

Наклонные стволы в зависимости от применяющихся в них транспортных устройств подразделяются на два вида: с канатным подъемом и с конвейерной доставкой.

Выработки, а иногда и целая сеть горных выработок от околоствольного двора до первого пересечения с вскрываемыми пластами образуют совокупность вспомогательных вскрывающих выработок. По размерам запасов, вскрываемых с помощью вспомогательных выработок, а соответственно и по сроку их отработки все вспомогательные вскрывающие выработки делятся на: капитальные, служащие в течение всего срока отработки запасов шахтного поля; погоризонтные, служащие в течение времени отработки запасов горизонта; этажные, служащие в течение времени отработки запасов этажа. Выбор вспомогательной вскрывающей выработки определяется конкретными горно-геологическими условиями (число вскрываемых пластов, угол их падения и величина междупластья).