2.3. Способы вскрытия при многогоризонтной схеме

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами с несколькими подъемными (транспортными) горизонтами превалирует в России, Великобритании, Германии и ряде других стран. Так, в России примерно 45 % полей шахт основных бассейнов вскрыто вертикальными стволами с несколькими подъемными горизонтами. Такой способ вскрытия широко применяется при разработке свит пологих и наклонных пластов, при крутом же залегании пластов он является единственно возможным.

Многогоризонтные схемы вскрытия на шахтах, разрабатывающих пологие и наклонные пласты, применяются в двух вариантах: без углубки и с углубкой главных вскрывающих выработок.

В первом случае вертикальные стволы проходят сразу на всю глубину, подъемные горизонты устраиваются на двух-трех уровнях, выдача угля с этих горизонтов производится самостоятельными подъемами. Во втором случае стволы проходят вначале до одного транспортного горизонта, на котором разрабатываемые пласты вскрываются квершлагом. После отработки запасов первого горизонта стволы углубляются и на новом горизонте проводится квершлаг. Углубку стволов принято осуществлять так, чтобы на новом горизонте пласты отрабатывались в бремсберговой части шахтного поля.

Вскрытие шахтного поля вертикальными стволами и капитальными квершлагами, проведенными на двух горизонтах (рис. 2.15). Применяется при разработке пологих (до 12°) пластов. При таком вскрытии одновременно отрабатываются два горизонта, обслуживаемые самостоятельными подъемами, т.е. появляются как бы две самостоятельные шахты, разрабатывающие каждая отдельные пласты. При этом должны соблюдаться условия, исключающие подработку действующих выработок по пластам верхней группы очистными работами на пластах нижней группы. Главный ствол оборудуется двумя подъемами для раздельной выдачи угля с каждого горизонта. Вспомогательный ствол может иметь один подъем, но приспособленный для обслуживания двух горизонтов.

Рис. 2.15. Вскрытие шахтного поля вертикальными стволами и капитальными квершлагами, проведенными на двух горизонтах

Рис. 2.16. Вскрытие поля шахты им. Абакумова (Украина) вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах:

1 — шурф; 2 — вентиляционная скважина; 3, 4 — клетевые стволы соответственно № 3 и № 2; 5 — скиповой ствол; 6, 7 — капитальные квершлаги; 8 — полевой уклон; 9 — вентиляционный ствол

Подобным образом вскрыто поле шахты им. Абакумова (Украина). По центральной оси шахтного поля пройдены три вертикальных ствола, отнесенных по восстанию: скиповой и клетевой № 2, пройденные до гор. 561 м, и клетевой ствол № 3, пройденный до гор. 204 м (рис. 2.16). Скиповой ствол оборудован двумя двухскиповыми подъемами для выдачи угля с гор. 204 и 561 м, а клетевые стволы № 2 и 3 — двухклетевыми подъемами для осуществления вспомогательных операций. Кроме того, ствол № 2 оборудован скиповым подъемом для выдачи породы. Вспомогательными вскрывающими выработками на гор. 204 и 561 м являются квершлаги длиной 525 и 2100 м. Для целей вентиляции на шахте пройдены шурф, вентиляционный ствол и вентиляционная скважина. Примерно такая же схема вскрытия полей шахт «Киллох» и «Розес» в Великобритании.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами. Многогоризонтная схема вскрытия с углубкой главных вскрывающих выработок используется наиболее часто. Она предусматривает деление шахтного поля по падению на части путем последовательной углубки стволов и проведения на каждом горизонте квершлагов, называемых в данном случае погоризонтными (рис. 2.17). Применяется при углах падения пластов 8—25° и размерах шахтного поля по падению от 2,5 до 4 км.

Рис. 2.17. Вскрытие шахтного поля вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами:

1, 2 — соответственно главный и вспомогательный стволы; 3, 4 — погоризонтные квершлаги соответственно 2-го и 1-го горизонтов; 5 — вентиляционный квершлаг; 6 — шурф

Первоначально стволы проходят только до отметки первого горизонта, а пласты вскрывают погоризонтным квершлагом. На него отрабатывают запасы бремсберговой части. По мере отработки этих запасов стволы заблаговременно углубляют до второго горизонта, где пласты вновь вскрывают погоризонтным квершлагом. При отработке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта используется как вентиляционный. Отработку запасов можно вести как в бремсберговых, так и в уклонных полях.

В бремсберговой части первого горизонта выработки проветриваются с помощью отдельного вентиляционного ствола и вентиляционного квершлага, соединяющего все пласты. Возможно также проветривание при помощи нескольких вентиляционных стволов, пройденных для отдельных групп пластов.

Достоинства вскрытия шахтных полей вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами: простота схемы проветривания; меньшие затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок; более высокие нагрузки на очистные забои и выемочные поля. Недостатки: необходимость частой углубки стволов; небольшой срок службы горизонта (по сравнению со вскрытием капитальными квершлагами); значительные затраты на проведение и поддержание квершлагов и штреков главного направления.

Углубка вертикальных стволов шахт ведется сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способом — одновременно сверху вниз и снизу вверх.

Вскрытие поля шахты, разрабатывающей свиту пластов, вертикальными стволами и этажными квершлагами (рис. 2.21). Этажи отрабатываются в нисходящем порядке. По мере отработки этажей заблаговременно углубляются стволы и подготавливается новый горизонт. Каждый квершлаг один срок служит в качестве откаточного, а второй срок — в качестве вентиляционного. Транспортирование угля от участков к стволу осуществляется без перегрузки.

При этажных квершлагах отсутствует необходимость в проведении и поддержании каких-либо сбоек и ходков, затрудняющих проветривание. Свежая струя поступает на откаточный горизонт. С квершлага она направляется к очистным забоям по откаточным штрекам каждого пласта. Пройдя очистные забои, отработанный воздух по вентиляционным штрекам, вентиляционному квершлагу вышележащего горизонта и главному стволу отводится на поверхность.

Рис. 2.21. Вскрытие шахтного поля вертикальными стволами и этажными квершлагами:

1, 2 — соответственно этажные квершлаги и штреки

Во Франции вскрытие угольных месторождений осуществляется главным образом вертикальными стволами и этажными квершлагами. Вертикальная высота этажа колеблется от 75 до 150 м. Наклонная его высота при пологом залегании пластов достигает 500м и более. Наклонная высота подэтажей обычно предопределяется геологическими нарушениями и колеблется от 30 до 250м. Этажи, как правило, разбиваются на двухсторонние выемочные поля. Сближенные пласты разрабатываются блоками с транспортированием угля на один погрузочный пункт, что обеспечивает высокую концентрацию горных работ. Данный способ вскрытия применяется также на шахтах России, Украины, Великобритании и других стран, разрабатывающих наклонные пласты.

Пример его применения - вскрытие поля шахты «Топарская» (Казахстан). Шахта «Топарская», расположенная в Карагандинском бассейне, разрабатывает пласты с углом падения 30-45°. Поле шахты вскрыто вертикальными стволами: скиповым - диаметром 7 м и глубиной 521 м, оборудованным тремя скипами для выдачи угля и породы, клетевым — глубиной 617 м; вспомогательным клетевым - глубиной 471 м, а также вентиляционными стволами, пройденными до гор. 254 и 342 м. Этажные квершлаги пройдены на гор. 342, 254 и 163 м. Поля шахт, разрабатывающих крутые пласты, в большинстве случаев вскрываются вертикальными стволами и этажными квершлагами (рис. 2.23). Стволы располагаются в лежачем боку свиты. При таком их расположении отсутствуют потери полезного ископаемого в предохранительных целиках, а сами стволы не подвергаются деформациям под влиянием очистных работ.

Рис. 2.22. Вскрытие поля шахты «Топарская» (Казахстан) вертикальными стволами и этажными квершлагами:

1 — клетевые стволы; 2 — скиповой ствол; 3, 4 — вентиляционные стволы; 5, 6, 8 — этажные откаточные квершлаги; 7 — вентиляционный уклон; 9, 11 — рельсовые уклоны; 10, 12 — конвейерные уклоны

а

б

в

Рис. 2.23. Вскрытие поля шахты, разрабатывающей крутые пласты, вертикальными стволами и этажными квершлагами:

1, 2 — соответственно главный и вспомогательный стволы; 3, 4 — соответственно откаточный и вентиляционный этажные квершлаги

Околоствольные дворы располагаются на каждом этаже (горизонте). Проводимые один над другим этажные вентиляционные и откаточные квершлаги вскрывают все пласты. При отработке нижележащего этажа бывший откаточный квершлаг предыдущего этажа служит в качестве вентиляционного.

Главный ствол оборудуют скиповыми подъемами. По этому же стволу отводится на поверхность исходящая струя воздуха. Второй ствол оснащается двумя клетевыми подъемами. Один из них предназначен для вспомогательных целей и обслуживает эксплуатационные горизонты, а второй, оборудованный, по крайней мере, одной клетью с противовесом, служит для подготовки нового горизонта и других целей (в частности, при переходе с одного горизонта на другой, когда в течение некоторого времени горные работы ведутся на двух горизонтах, он используется для выдачи угля).

Для уменьшения продолжительности одновременной работы на двух горизонтах целесообразно передавать уголь с верхнего горизонта на нижний по скату. При этом желательно, чтобы уголь поступал непосредственно в бункер скипового подъема. На крупных шахтах иногда возникает необходимость в проходке третьего ствола для подготовки нового горизонта и выполнения других функций, в частности проветривания. При сближенных пластах применяют их группировку, чтобы поддерживать на всю длину шахтного поля только групповые этажные штреки.

Групповые штреки проводят по одному из пластов или по пустым породам (полевые штреки). Пласты в каждой группе вскрывают промежуточными квершлагами. Вскрытие свиты крутых пластов вертикальными стволами с этажными квершлагами позволяет уменьшить капитальные вложения и время освоения производственной мощности шахты, а также упростить схему проветривания.