Подземная геотехнология. Вскрытие и подготовка шахт учебное пособие

Рис. 22. 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.

51

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.

Порядок отработки ярусов в панели по падению такой же, как и для этажей. По простиранию значительно чаще применяется обратный порядок вследствие меньшей длины крыла панели по сравнению с длиной крыла этажа (при одних и тех же размерах шахтного поля по простиранию), что облегчает подготовку столбов в ярусе.

Подготовка пласта при четном числе панелей в выемочной ступени начинается с проведения главных штреков – транспортного и вентиляционного, которые проводятся от вскрывающего пласт квершлага до середины панелей, отработка которых намечена в

52

первую очередь. Затем проводятся наклонные подготавливающие выработки в бремсберговой ступени на всю ее высоту, а в уклонной – на высоту яруса. От наклонных выработок проводятся ярусные штреки до границ панели при обратном порядке отработки яруса или на длину 60–100 м при прямом порядке. После проведения разрезных печей и монтажа забойного оборудования в лавах приступают к очистной выемке.

Достоинствами панельного способа подготовки являются: 1) возможность увеличения линии очистных забоев на пласте за счет одновременной отработки нескольких панелей, а отсюда и рост нагрузки на пласт; 2) 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; 3) возможность применения сплошной конвейеризации транспорта в пределах всей панели.

Недостатки панельного способа подготовки: 1) больший, чем в этажном способе, объем проведения и поддержания подготавливающих выработок; 2) большие первоначальные капитальные затраты и более продолжительный период строительства шахты или подготовки горизонта по сравнению с этажным способом; 3) 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).

53

В последнее время для обеспечения высоких нагрузок на очистной забой все шире применяется фланговая схема проветривания с подсвежением исходящей вентиляционной струи. Для этих целей на флангах панелей проводятся наклонные вентиляционные выработки, которые вносят определенные особенности в компоновку выработок панельной подготовки.

Отличительной особенностью панельной подготовки горизонтально залегающих пластов является отсутствие наклонных выработок бремсбергов и уклонов. Во всем шахтном поле имеется только один вид выработок – штреки, что и предопределяет особенности подготовки.

От главных штреков, располагаемых обычно посредине шахтного поля (рис. 23), проводят панельные транспортный и вентиляционный штреки, а от них в обе стороны – выемочные штреки, которыми оконтуриваются выемочные столбы.

Рис. 23. Панельный способ подготовки горизонтального пласта: 1, 2 – ствол главный и вспомогательный; 3, 4 – главный штрек транспортный и вентиляционный; 5, 6 – панельный штрек транспортный и вентиляционный; 7, 8 – выемочный штрек транспортный и вентиляционный

Горизонтальное залегание пластов с неизбежной их волнистостью приводит к тому, что в местах понижений скапливается вода

54

и в них приходится устраивать участковые водоотливы и по трубам перекачивать воду в околоствольный двор. Если же глубина залегания пласта небольшая, то с поверхности бурятся скважины и по ним откачивают воду на поверхность.

Транспортирование угля по выемочным штрекам осуществляется обычно конвейерами, по панельным и главным штрекам электровозами или ленточными конвейерами. При небольшой глубине залегания (что характерно для буроугольных месторождений) и отсутствии плывунов в наносах проветривание осуществляется через вентиляционные шурфы, проводимые в каждой панели. При этом исключаются утечки воздуха между выработками, снижается депрессия и обеспечивается эффективное проветривание шахтного поля. Панельная подготовка на горизонтально залегающих пластах применяется при больших размерах шахтного поля как по длине, так и ширине.

3.3.3. Погоризонтная подготовка

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. 24). Отработка выемочных полос производится лавами по восстанию или падению. В каждой полосе может быть одна или две лавы и в редких случаях – больше.

Само название способа – «погоризонтный» не совсем точно и справедливо лишь для случаев, когда в горизонте как части шахтного поля находится одна выемочная ступень, обычно – бремсберговая. Однако в силу привычки термин этот укоренился и теперь является общепринятым.

55

Рис. 24. Погоризонтный способ подготовки шахтного поля: 1, 2 – ствол соответственно главный и вспомогательный; 3 – капитальный транспортный квершлаг; 4, 5 – главный (магистральный) транспортны 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 в бремс-

берговой 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.

56

Комбинированный порядок отработки выемочных полос в крыле ступени применяется в одних случаях для увеличения фронта очистных забоев, в других – для обеспечения возможности проведения выемочных выработок при подготовке столбов в полосе вприсечку к выработанному пространству

Подготовка пласта начинается с проведения главных штреков на длину, обеспечивающую возможность подготовки первых выемочных полос. Как на транспортном, так и на вентиляционном горизонтах обычно проводят сдвоенные штреки. Поскольку для удобства колесного транспорта штреки должны находиться на одном уровне, один из них располагается по пласту, а второй – по пустым породам (полевой) в почве пласта. В случае слабых боковых пород пласта оба штрека проводятся полевыми.

Для подготовки уклонной ступени посредине ее проводится центральный уклон с ходком и сооружается водоотливный комплекс, включающий насосную камеру, электроподстанцию и водосборники. По завершении их сооружения проводятся также сдвоенные главные дренажные штреки до границ шахтного поля. К этому времени заканчивается отработка бремсберговой ступени и осуществляется подготовка выемочных полос в уклонной ступени, которые будут отрабатываться обратным порядком.

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: 1) простота подготовки и схем транспортирования угля и проветривания; 2) небольшой объем подготавливающих выработок и небольшие капитальные затраты на их проведение; 3) более короткий период подготовки пластов; 4) обеспечение постоянной 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 примене-

57

нии механизированных комплексов, поскольку при изменяющейся длине приходится или удалять из забоя часть секций крепи, или, напротив, наращивать их; 5) прямолинейность выемочных выработок обеспечивает возможность применения конвейерного транспорта на участке; 6) возможность отработки пластов с любыми водопритоками при выемке по восстанию; 7) при выемке по падению повышается устойчивость забоя от вывалов кусков угля и снижается вероятность возникновения выбросов угля и газа.

Недостатки погоризонтного способа подготовки: 1) ограниченность области применения по углу падения пластов; 2) 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 восстанию.

Перспективы применения погоризонтного способа подготовки благоприятные. Вследствие выполаживания пластов с глубиной область применения способа возрастает. Более широкому его применению в настоящее время препятствует отсутствие эффективных средств выемки угля в очистных забоях, работающих по восстанию и падению при углах свыше 10°. С созданием таких средств (а такая задача, надо полагать, будет решена) объем применения погоризонтной подготовки значительно возрастет. В связи с крупными преимуществами способа его стремятся применять сейчас и на пластах с углами падения несколько более 10°, располагая выемочные полосы (столбы) под некоторым углом к линии падения (по диагонали) таким образом, чтобы пространственный угол расположения забоя не превышал 10°.

58

3.3.4. Панельная и панельно-блоковая подготовка ВКМКС

На Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей применяются два способа подготовки шахтных полей: панельный и панельно-блоковый.

Принципиальная схема панельного способа при расположении основных выработок в подстилающих породах, представленных каменной солью, приведена на рис. 25.

Рис. 25. Панельный способ подготовки

От главных транспортных (откаточных) штреков 1 проводятся панельные транспортные (откаточные) штреки 2. Эти выработки образуют магистральную транспортную сеть рудника и служат для подачи свежей струи на горные участки. Над панельными транспортными штреками по пласту сильвинита проводятся панельные выемочные штреки 3, которые соединяются с транспортными штреками гезенками 4. Панельные транспортный и выемочный штреки располагаются посередине панели и делят ее на два равных крыла. Границами панели по ее ширине служат пластовые панельные вентиляционные штреки 5, по которым исходящая струя выходит на главный вентиляционный штрек 6, проводимый также по

59

пласту. Запасы пласта между панельными выемочными и вентиляционным штреками отрабатываются камерами 7.

Панельные штреки располагаются перпендикулярно осям основной системы складок пласта с таким расчетом, чтобы оси очистных камер совпадали с осями складок. Это обеспечивает меньшие потери запасов при выемке, меньшее разубоживание руды (перемешивание вмещающих пород с рудой), удобство ее доставки, возможность применения комбайнов и средств самоходного транспорта в камерах и более полную закладку отработанных камер.

Вентиляционные панельные штреки являются общими для смежных панелей или обслуживают только одну панель. В последнем случае вентиляционные штреки проходятся в каждой панели, и между ними оставляются рудные целики. Панели имеют ширину 300–400 м и длину, определяемую размерами шахтного поля. Руда, доставляемая из забоев очистных камер, транспортируется по панельным выемочным штрекам скребковыми конвейерами до рудоспускных гезенков. В настоящее время рудоспускные гезенки являются групповыми, т.е. обслуживают группу камер, и проводятся через 130–150 м. На сопряжениях гезенков с транспортными панельными штреками устраиваются механизированные погрузочные пункты. На панельных транспортных и главных транспортных штреках применяются в основном ленточные конвейеры.

Панельный способ подготовки хорошо зарекомендовал себя на рудниках Верхнекамского месторождения, где породы отличаются высокой устойчивостью. Использование полевых транспортных штреков при любом порядке отработки шахтного поля исключает необходимость длительного поддержания пластовых выемочных штреков, площадь обнажения кровли которых в местах сопряжений их с очистными камерами достигает значительной (до 100 м ) величины. Поскольку выемочные штреки по мере подвигания очистного фронта погашаются, то для кратковременного их поддержания в зоне рабочих камер крепь не требуется.

Панельно-блоковый способ подготовки (рис. 26) заключается в том, что перпендикулярно к панельным штрекам проводятся до-

60