Лекция 12.

Основные сведения о системах разработки месторождений полезных ископаемых разрабатываемых подземным способом

1. Классификация систем разработки угольных месторождений

Под системой разработки угольных месторождений понимается определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах выемочного поля, участка, столба, увязанных в пространстве и во времени. Условия залегания угольных месторождений весьма разнообразны, поэтому выбор системы разработки зависит от ряда геологических, технических и организационных факторов, определяющих эти условия.

К основным факторам, влияющим на выбор систем разработки угольных месторождений, относятся: форма залегания пластов в недрах, их мощность, угол падения, строение; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и водоносность месторождения; склонность пластов к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа и самовозгоранию; расстояние между смежными пластами угля; глубина разработки; способы и средства механизации производственных процессов в очистных и подготовительных выработках; календарный план развития горных работ; порядок отработки пластов; форма организации работ в очистной выработке и др.

Мощность пласта влияет на выбор способа проведения и поддержания подготовительных выработок, управления горным давлением и на технологию очистной выемки. Так, при разработке весьма тонких и тонких пластов выработки проводят с подрывкой боковых пород и размещением этих пород в выработанном пространстве; часть породы при этом выдается на поверхность. При разработке пластов средней мощности сечения подготовительных выработок обычно не выходят за пределы мощность пласта. Чем мощнее пласт, тем больше объем пород над выработанным пространством, приходящий в движение при его выемке, вследствие чего усложняются процессы крепления и управления горным давлением в очистном забое и в выемочных выработках. В зависимости от мощности пласта могут применяться системы разработки с разделением на слои и без разделения.

Угол падения пласта влияет на способ доставки угля вдоль очистного забоя, выбор средств механизации очистной выемки, форму и размер очистного забоя, способ управления горным давлением и крепления.

При разработке горизонтальных и пологих пластов полезное ископаемое из очистных выработок доставляют конвейером. На наклонных пластах горная масса вдоль лавы перемещается под действием собственной массы по металлическим листам или рештакам. При разработке крутых пластов особые требования предъявляются и к крепи, так как последняя склонна к сползанию, опрокидыванию и используется для передвижения рабочих в забое. Величина угла падения пласта имеет также большое значение при решении вопросов вентиляции.

Газоносность пласта. Каждая система разработки должна предусматривать наименьшее число тупиковых забоев и бесперебойную подачу необходимого количества свежего воздуха во все очистные и подготовительные забои. Так как правила безопасности ПБ строго регламентируют скорость движения воздуха по горным выработкам, то часто по условиям вентиляции приходится ограничивать объемы добычи из отдельных лав и их длину. На пластах, опасных по внезапным выбросам, очистные забои должны проветриваться обособленными струями воздуха, для чего необходимо проводить дополнительные подготовительные выработки. В практике горной промышленности внезапные выбросы угля, соли и других полезных ископаемых с выделением различных газов (метан, диоксид углерода, смесь этих газов) известны давно. Происходят они и в настоящее время, причем с увеличением глубины горных работ выбросоопасность пластов растет. На газовых шахтах целесообразно применять системы разработки с минимальным числом опережающих подготовительных выработок, особенно восстающих. При разработке пластов с обильным выделением углекислого газа следует избегать проведения выработок вниз по падению пласта и интенсивно проветривать глухие забои подготовительных выработок.

Водоносность. Влияние фактора водоносности заключается в том, что работа в обводненных забоях оказывает вредное воздействие на здоровье рабочих; при этом увеличивается травматизм и снижается производительность труда. Поэтому при разработке обводненных месторождений необходимо применять такие системы разработки, при которых либо данное месторождение дренируется, либо полностью исключается поступление воды в призабойное пространство очистной выработки.

Склонность угольных пластов к самовозгоранию проявляется тем чаще, чем мощнее пласт. Эндогенные пожары обычно возникают в местах геологических нарушений и разрушенных охранных целиках, где уголь раздроблен и куда проникает воздух. Поэтому при разработке пластов, склонных к самовозгоранию, следует применять такие системы разработки, при которых потери угля являются наименьшими (отсутствие целиков угля), с применением полной закладки (при разработке мощных пластов). Схема проветривания должна предотвращать попадание воздуха в места, где могут возникнуть очаги эндогенных пожаров. На процесс самовозгорания влияет также скорость подвигания очистных работ: чем меньше скорость, тем больше вероятность возникновения пожара.

Структура пластов. Пласты угля имеют простое или сложное строение, они могут быть разбиты на отдельные пачки прослойками породы. Поэтому немаловажным фактором, влияющим на выбор системы разработки и средств комплексной механизации очистных работ, являются требования, предъявляемые потребителями к сортности и качеству добываемого угля в соответствии с его маркой.

Механические свойства полезного ископаемого, в частности крепость угля, влияют на способ механизации выемки и производительность выемочных механизмов. Уголь пластов во многих случаях способен легко откалываться по кливажным плоскостям.

Глубина существенно влияет на выбор системы разработки, так как с глубиной возрастает напряженное состояние горных пород, увеличивается давление на крепь горных выработок, возрастают газоносность пластов и вероятность внезапных выбросов угля, газа и породы. С ростом глубины повышается температура горных пород и требуются специальные меры для ее снижения.

Горные удары как динамические явления, при которых мгновенно разрушаются охранные целики, часть призабойного массива угля и вмещающие породы, необходимо учитывать при выборе системы разработки. Они требуют особого расположения горных выработок. Система разработки должна предусматривать снижение давления на выбросоопасный пласт путем его подработки или надработки.

Кроме перечисленных факторов, влияющих на выбор системы разработки, должен быть учтен ряд особых условий, к которым относятся: нарушенность месторождения, разработка под водоемами и поверхностными сооружениями (фабриками, заводами, городскими сооружениями, железнодорожными путями и т. д.). При разработке под поймами рек, каналами, городами, железными дорогами и т. д. необходимо применять системы с полной закладкой выработанного пространства или специальные камерные системы, не допускающие сдвижения горных пород.

Из всего этого видно, что на выбор систем разработки влияет огромное число факторов. Роль и значение каждого из них постоянно меняются. Эти изменения обусловлены тем, что по мере развития техники и технологии горных работ изменяется характер взаимосвязи факторов. Поэтому при выборе системы разработки необходимо учитывать изменение роли и значения факторов.