Лекция №1 Границы шахтного поля: условные и фиксированные. Конфигурация и размеры шахтных полей. Деление шахтного поля на части. Понятие о бремсберговом и уклонном поле.
Шахтным полем называется месторождение или его часть, отво-димая шахте для разработки.
Границами шахтного поля являются поверхности, ограничивающие его по простиранию, восстанию и падению и отделяющие его от остальной части месторождения. При негоризонтальном залегании пластов различают: границу шахтного поля по восстанию — верхняя техническая граница; границу по падению — нижняя техническая граница и границы шахтного поля по простиранию, которые принято именовать по названию сторон света, например, восточная (западная, северная, южная) техническая граница.
Границы шахтного поля могут быть фиксированными и услов-ными.
Фиксированные (естественные) границы могут определяться: кон-турами самого месторождения, если на нем располагается одна шахта; контурами рабочей мощности пласта или кондиционной характеристики его, например, по содержанию золы или серы и др.; выходом пласта под наносы; крупными геологическими нарушениями; охранными целиками под зданиями и сооружениями на поверхности, под железными дорогами и крупными водоемами.
Условные границы шахтного поля устанавливаются на основании технико-экономических расчетов и утверждаются Государственной комиссией по запасам (ГКЗ). К условным относятся также границы шахтных полей соседних шахт.
При выдержанной гипсометрии угольного пласта, т. е. при правильном его залегании, шахтное поле имеет форму прямоугольника, вытянутого по простиранию; при неправильном залегании (при непостоянстве углов падения и направления простирания) — неправильную форму.
При линзообразном залегании пласта границы устанавливаются по контуру его рабочей мощности, что и предопределяет сложную конфигурацию шахтного поля.
Размеры шахтных полей индивидуальных шахт при пологом и наклонном падении разрабатываемых пластов колеблются в пределах от 3 до 10 км по простиранию и до 3..4 км по падению, а шахт блочного типа — 10..20 км по простиранию и до 4..5 км по падению.
При крутом и крутонаклонном залегании пластов размеры шахтных полей примерно такие же, как и при пологом и наклонном, а по падению значительно меньше — до 1,5..2,0 км, что связано с предельно допустимой глубиной разработки угольных пластов, которая в Донбассе может составить, примерно, 1600 м.
Разработка шахтного поля вследствие значительности его размеров производится сразу не по всей площади, а отдельными частями и в определенной последовательности. Поэтому для удобства разработки шахтное поле предварительно надо разделить на части. Разделение может осуществляться вертикальными, горизонтальными и наклонными плоскостями как по линии падения, так и простирания.
По линии падения шахтное поле разделяется на выемочные горизонты, выемочные ступени и этажи.
Этажом называется часть шахтного поля, вытянутая по простиранию и ограниченная его границами, а по падению — этажными штреками транспортным и вентиляционным.
Выемочным горизонтом называется часть шахтного поля по падению, запасы которой выдаются на поверхность с одного уровня, на котором располагается околоствольный двор. В шахтном поле может быть один или больше выемочных горизонтов (на крутых пластах до 10 и более). При одном выемочном горизонте границами его по падению и восстанию являются границы шахтного поля; при нескольких, в общем случае, — границы соседних горизонтов, а боковыми границами во всех случаях служат границы шахтного поля по простиранию. Выемочной ступенью называется часть шахтного поля, расположенная выше или ниже транспортного (подъемного) горизонта, запасы которой отрабатываются на этот горизонт. В горизонте может быть одна выемочная ступень, обычно, бремсберговая, или две — бремсберговая и уклонная.
По простиранию шахтное поле может разделяться на: блоки, панели и выемочные полосы (столбы) (рис. Error: Reference source not found).
Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 – Деление шахтного поля по простиранию на: а – блоки; б – панели; в – выемочные полосы |
Блоки по простиранию объединяются общим для всего горизонта магистральным штреком, по которому производится транспортирование угля к главному стволу. В свою очередь блок может разделяться на: этажи, панели, выемочные полосы. Размеры блока по простиранию принимаются в пределах 2000..4000 м.
Панель (рис. Error: Reference source not found, б) — это часть шахтного поля, ограниченная по восстанию и падению границами выемочной ступени; по простиранию — границами соседних панелей или с одной стороны границей шахтного поля и обслуживаемая самостоятельной транспортной выработкой — бремсбергом, уклоном или панельным штреком (при горизонтальном залегании пласта). В свою очередь по падению панель разделяется на ярусы, а в некоторых случаях и на подъярусы1.
Размеры панели по простиранию рекомендуется принимать в следующих пределах: для мощных пластов — 2000..2500 м; для тонких и средней мощности пластов — 2500..3000 м.
Выемочная полоса (рис. Error: Reference source not found, в) — часть выемочной ступени, ограниченная по восстанию и падению границами самой ступени, а по простиранию — выемочными выработками, т. е. выемочными бремсбергами (уклонами, ходками), которые обслуживают полосу. В выемочной полосе может размещаться одна или две лавы и редко больше. Ширина выемочной полосы определяется количеством располагающихся в ней лав и их длиной и находится в пределах 100..400 м
Бремсберг (уклон) – горная выработка не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность предназначенная для транспортировки полезного ископаемого сверху в низ ( с низу вверх).
Лекция №2. Этажный способ подготовки шахтного поля, сущность, условия применения, достоинства и недостатки.
Сущность этажного способа подготовки заключается в том, что шахтное поле по падению делится на части, вытянутые по простиранию — этажи, отрабатываемые в определенной последовательности на наклонную транспортную выработку, которой может быть капитальный бремсберг или уклон, а при этажно-горизонтном вскрытии — на этажный квершлаг. Границами этажа являются: по падению — этажный транспортный штрек, по восстанию — этажный вентиляционный штрек, а по простиранию — границы шахтного поля.
На рис. 14.1 представлен этажный способ подготовки шахтного поля при разделении его на две выемочные ступени — бремсберговую и уклонную.
|
Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2 – Этажный способ подготовки шахтного поля: а – отработка бремсбергового поля; б – отработка уклонного поля 1, 2 – ствол соответственно главный и вспомогательный; 3 – капитальный квершлаг; 4 – капитальный бремсберг; 5 – вспомогательный бремсберг; 6 – вентиляционный ходок; 7, 8 – этажный штрек соответственно транспортный и вентиляционный; 9 – разрезная печь; 10 – вентиляционный квершлаг; 11 – вентиляционный ствол (шурф); 12 – вентиляционный ходок уклона; 13 – капитальный уклон; 14 – вспомогательный уклон; 15 – вентиляционная сбойка по пласту для проветривания уклонного поля |
Подготавливающими выработками здесь являются: в бремсберговой ступени — капитальный бремсберг, вспомогательный бремсберг и вентиляционный ходок капитального бремсберга, а также этажные штреки; в уклонной ступени — капитальный и вспомогательный уклоны, вентиляционный ходок капитального уклона и этажные штреки.
Подготовка пласта начинается с проведения главных наклонных выработок — капитального и вспомогательного бремсбергов и вентиляционного ходка. Как правило, эти выработки проводятся сверху вниз, т. е. от верхней границы шахтного поля до горизонта околоствольного двора. Обусловлено это тем, что проходка вентиляционного ствола (шурфа) заканчивается раньше, чем главного и вспомогательного из-за его значительно меньшей длины и более простого его оборудования. Кроме того на газоносных пластах проведение выработок сверху вниз предпочтительнее, поскольку исключаются скопления метана в подготовительных забоях.
От капитального бремсберга через определенные расстояния, равные наклонной высоте этажа, в обе стороны проводят этажные штреки. Нижний этажный штрек является транспортным, по нему также движется свежий поток воздуха. Верхний штрек вентиляционный и служит для отвода исходящего потока воздуха.
В каждом крыле этажа проводятся разрезные печи для монтажа в них забойного оборудования лав. В зависимости от принятого порядка отработки крыла этажа разрезные печи проводятся на расстоянии 40..60 м от наклонных выработок (при прямом порядке) или же у границ этажа при обратном порядке.
После отработки запасов первого этажа очистные работы ведут во втором, для чего проводят новые этажные штреки. В некоторых случаях в качестве вентиляционного используется бывший транспортный штрек вышележащего отработанного этажа.
При доработке запасов в бремсберговой ступени заблаговременно приступают к подготовке уклонного поля. С этой целью на длину наклонной высоты этажа проводят капитальный уклон и параллельно ему вспомогательный уклон и вентиляционный ходок (рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует. .2, б). Работы в этажах проводят по аналогии с таковыми в бремсберговой ступени. Отличие состоит в том, что в каждом этаже сооружается водоотливный комплекс — насосная камера с водосборниками, а также электроподстанция.
Достоинства этажного способа подготовки:
небольшой объем подготавливающих выработок по сравнению, например, с панельной подготовкой, а следовательно, меньшие первоначальные капитальные затраты и более быстрый ввод шахты (горизонта, пласта) в эксплуатацию;
в работе находится одна транспортная выработка — бремсберг или уклон;
отсутствует перепробег транспорта угля по этажным штрекам, поскольку уголь на всем пути от очистных забоев транспортируется в направлении середины шахтного поля, т. е. в направлении главного ствола.
Недостатки этажного способа подготовки:
ограниченная длина линии очистных забоев в этаже, а отсюда и сравнительно небольшая нагрузка на пласт; при высоких нагрузках на забой этот недостаток смягчается;
большая длина поддержания этажных штреков, а следовательно, большие затраты на их ремонт;
затруднения в применении прогрессивной столбовой системы разработки при обратном порядке отработки крыла этажа из-за сложности подготовки столбов большой длины по условиям проветривания подготовительных забоев и продолжительности подготовки.
Область применения этажного способа подготовки:
небольшие размеры шахтного поля по простиранию — до 4..5 км;
любые углы падения пластов, кроме горизонтальных. Нормами технологического проектирования шахт рекомендуется применять этажную подготовку на пластах с углами падения свыше 25°;
любая газоносность и выбросоопасность пластов;
часто — при вскрытии шахтного поля наклонными стволами.
лекція №3 Панельний спосіб підготовки шахтного поля, сутність, умові застосування, переваги та недоліки.
Сущность панельного способа подготовки заключается в том, что пласт в пределах шахтного поля делится на панели (рис. 15 .3).
Рисунок 15.3 – Панельный способ подготовки шахтного поля
1, 2 – ствол соответственно главный и вспомогательный; 3 – капитальный транспортный квершлаг; 4 – главный транспортный штрек; 5 – вспомогательный бремсберг; 6 – панельный бремсберг; 7 – вентиляционный ходок бремсберга; 8, 9 – ярусный штрек соответственно транспортный и вентиляционный; 10 – разрезная печь; 11 – главный вентиляционный штрек; 12 – вентиляционный ствол (шурф); 13 – вентиляционный ходок уклона; 14 – панельный уклон; 15 – вспомогательный уклон; 16 – главный вентиляционный штрек (для проветривания уклонного поля); 17 – капитальный вентиляционный квершлаг (для проветривания уклонного поля)
Панель — это часть шахтного поля, ограниченная по восстанию и падению границами выемочной ступени, т. е. главными штреками, а по простиранию — границами соседних панелей или (с одной стороны) границей шахтного поля. Каждая такая часть обслуживается самостоятельным комплексом транспортных и вентиляционных выработок — панельным бремсбергом или уклоном с ходками при них или же панельными штреками в случае горизонтального залегания пласта. По простиранию все панели в пределах выемочной ступени соединяются главными штреками — транспортным и вентиляционным. Последний может отсутствовать, если проветривание каждой панели осуществляется через вентиляционные шурфы у верхней технической границы на выходах пласта под наносы. Число панелей в выемочной ступени может быть как четным, так и нечетным.
По линии падения каждая панель делится на ярусы.
Ярусом называется часть панели, вытянутая по простиранию и ограниченная ее границами, а по падению и восстанию — ярусными штреками транспортным и вентиляционным. Наклонная высота яруса находится в пределах 100..400 м. Больший размер относится к случаям, когда в ярусе по падению размещается несколько лав, например, при отработке спаренными лавами или при разделении яруса на подъярусы.
Порядок отработки панелей в шахтном поле по линии простирания может быть прямым, т. е. от середины шахтного поля к его границам и обратным, т. е. от границ к середине. Правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт рекомендуется отработку панелей в бремсберговом поле производить прямым порядком, а в уклонном — обратным. Такой порядок отработки называется комбинированным. Смысл его состоит в том, что в период строительства шахты в работу вводятся ближайшие к стволам панели, что сокращает объемы проведения выработок (главных штреков), сроки строительства и первоначальные капитальные вложения. Отработка уклонных полей при этом будет осуществляться без дополнительных затрат на проведение или восстановление главных вентиляционных штреков, так как они будут уже пройдены на всю длину при отработке бремсберговой ступени.
Достоинствами панельного способа подготовки являются:
возможность увеличения линии очистных забоев на пласте за счет одновременной отработки нескольких панелей, а отсюда и рост нагрузки на пласт;
более благоприятные условия для применения прогрессивных столбовых и комбинированных систем разработки, обусловленные сравнительно небольшой длиной крыла панели, что также уменьшает и затраты на поддержание ярусных штреков;
возможность применения сплошной конвейеризации транспорта в пределах всей панели.
Недостатки панельного способа подготовки:
больший, чем в этажном способе, объем проведения и поддержания подготавливающих выработок;
большие первоначальные капитальные затраты и более продолжительный период строительства шахты или подготовки горизонта по сравнению с этажным способом;
увеличение объема транспортирования угля за счет перепробега по ярусным штрекам.
Область эффективного применения панельного способа подготовки:
при необходимости иметь высокую нагрузку на пласт; пологие и наклонные пласты с углами падения до 25°;
при наличии в шахтном поле труднопереходимых геологических нарушений, ориентированных в направлении падения пласта, когда они являются естественными границами панелей;
при значительных размерах шахтного поля по простиранию (свыше 4000..5000 м).
лекція №4 погоризонтний спосіб підготовки шахтного поля, сутність, умови застосування, переваги та недоліки.
Сущность погоризонтной подготовки заключается в том, что шахтное поле делится по падению главными (магистральными) штреками на выемочные ступени (горизонты), которые в свою очередь по простиранию делятся на выемочные полосы (рис. 16 .4). Отработка выемочных полос производится лавами по восстанию или падению. В каждой полосе может быть одна или две лавы и в редких случаях — больше.
Рисунок 16.4 – Погоризонтный способ подготовки шахтного поля
1, 2 – ствол соответственно главный и вспомогательный; 3 – капитальный транспортный квершлаг; 4, 5 – главный (магистральный) транспортный штрек соответственно пластовый и полевой; 6 – выемочный бремсберг; 7 – воздухоподающий ходок; 8 – вентиляционный ходок; 9 – разрезной просек; 10 – главный полевой вентиляционный штрек; 11 – вентиляционный квершлаг; 12 – вентиляционный ствол; 13 – центральный уклон; 14 – ходок центрального уклона; 15 – главный дренажный штрек полевой и пластовый; 16 – выемочный уклон; 17 – вентиляционный ходок; 18 – главный вентиляционный штрек для проветривания уклонного поля; 19 – главный вентиляционный квершлаг; 20 – участковый водоотливный комплекс
Порядок отработки выемочных полос в горизонте может быть прямым, обратным и комбинированным. Рекомендуется (как приведено на рис. 16 .4) в бремсберговой ступени применять прямой порядок отработки для сокращения объемов проведения выработок (главных штреков), а следовательно, сроков и капитальных затрат на период пуска шахты в эксплуатацию, а в уклонной части — обратный порядок с целью использования находящихся до последнего момента времени в рабочем состоянии главных штреков и их погашения по мере отработки уклонной ступени.
Транспорт угля по главным штрекам производится либо в вагонетках электровозами, либо ленточными конвейерами. При больших размерах шахтного поля более предпочтителен колесный транспорт, позволяющий выполнять одновременно функции главного и вспомогательного транспорта.
Достоинства погоризонтного способа подготовки:
простота подготовки и схем транспортирования угля и проветривания;
небольшой объем подготавливающих выработок и небольшие капитальные затраты на их проведение;
более короткий период подготовки пластов;
обеспечивается постоянство длины лавы, обусловленное тем, что выемочные выработки проводятся по направлению, т. е. строго прямолинейно, и при этом обеспечивается необходимый уклон для стока воды. Стабильность длины лавы важна при применении механизированных комплексов, поскольку при изменяющейся длине приходится или удалять из забоя часть секций крепи, или, напротив, наращивать их;
прямолинейность выемочных выработок обеспечивает возможность применения конвейерного транспорта на участке;
возможность отработки пластов с любыми водопритоками при выемке по восстанию;
при выемке по падению повышается устойчивость забоя от вывалов кусков угля и снижается вероятность возникновения выбросов угля и газа.
Недостатки погоризонтного способа подготовки:
ограниченность области применения по углу падения пластов;
несколько сложнее проведение и эксплуатация наклонных выемочных выработок.
Область применения погоризонтного способа подготовки — пласты с углами падения до 10° и следующей регламентацией мощности и обводненности:
для необводненных пластов — до 2 м с выемкой лавами по восстанию и неограниченной мощностью с выемкой по падению;
для обводненных пластов — до 2 м с выемкой по восстанию2.
Лекція 5. Способ подготовки главными штреками
Способ подготовки главными штреками во многом напоминает погоризонтный: при нем также через все шахтное поле по его длинной стороне проводятся главные штреки, от которых непосредственно проводятся выемочные выработки — штреки. Вместе с тем имеется и существенное отличие: отсутствует деление шахтного поля на выемочные ступени, поскольку залегание пласта горизонтальное, а отсюда отпадает необходимость проведения главных штреков на границах шахтного поля. Таким образом, сама подготовка значительно упрощается при минимальном объеме проведения подготавливающих выработок — двух сдвоенных главных штреков (рис. 17 .5).
Рисунок 17.5 – Способ подготовки шахтного поля главными штреками
1, 2 – ствол соответственно главный и вспомогательный; 3, 4 – главный штрек соответственно транспортный и вентиляционный; 5, 6 – выемочный штрек соответственно транспортный и вентиляционный; 7 – разрезной штрек; 8 – кроссинг
Порядок отработки выемочных столбов в крыле шахтного поля такой же, как и при погоризонтной подготовке. При прямом порядке обеспечивается быстрый ввод шахты в эксплуатацию, однако ухудшаются условия поддержания главных штреков, подвергающихся влиянию очистных работ. При обратном порядке отработки удлиняется срок подготовки пласта, однако обеспечиваются хорошие условия сохранности главных штреков, которые располагаются и поддерживаются в нетронутом массиве. Применяется также комбинированный порядок отработки крыла, когда к границам шахтного поля отрабатываются столбы по одну сторону от главных штреков, а от границ с другой стороны. Этим достигается ускоренный пуск шахты и улучшение условий поддержания главных штреков, так как они подвергаются влиянию очистных работ только с одной стороны.
Схема транспорта угля при подготовке главными штреками: лава–5–3–1.
Схема проветривания шахтного поля: 2–3–5–лава–6–4–1.
Для условий, аналогичных Подмосковному бассейну, где из пластов выделяется углекислый газ, исходящую струю направляют по транспортным штрекам, что существенно снижает уровень запыленности воздуха, поступающего в забои.
Достоинства способа подготовки шахтного поля главными штреками:
простота (самый простой из всех известных способов);
минимальный объем подготавливающих выработок;
небольшие первоначальные капитальные затраты при прямом порядке отработки шахтного поля;
возможность применения электровозного транспорта в пределах всего шахтного поля.
Недостаток способа подготовки шахтного поля главными штреками – ограниченность условий применения по углу падения пластов.
Область применения способа:
горизонтальное или близкое к нему залегание пластов, когда не требуется проведения главных штреков на границах шахтного поля;
небольшие размеры шахтного поля по ширине, удобные для подготовки столбов, когда не требуется деление шахтного поля на панели.
лекция 6. Комбинированная подготовка шахтного поля.
Комбинированная подготовка – это когда в пределах одного шахтного поля применяется два или более способов его подготовки.
Факторы обуславливающие применение комбинированной подготовки:
- непостоянство элементов залегания пластов в пределах конкретного шахтного поля;
- стремление отработки отдельных участков шахтного поля наиболее эффективными способами для данных условий.
В Донбассе встречаются следующие сочетания способов подготовки :
-этажный и панельный
-этажный и погоризонтный
-панельный и погоризонтный
1 главный ствол
2 вспомогательный ствол
3этажный бремсберг с ходками
4 панельный уклон с ходками
5 главный вентиляционный штрек
6 главный транспортный штрек
7 вентиляционный ствол (шурф)
А. ОДНОГОРИЗОНТНЫЕ СПОСОБЫ ВСКРЫТИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ СТВОЛАМИ