книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

Основное достоинство способа вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом — большой срок существования рабочего горизонта (равный сроку существо­ вания гидрошахты при одногоризонтной схеме вскрытия). Недо­ статок — менее благоприятные условия эксплуатации наклонных выработок, чем горизонтальных.

Свита пологих пластов может быть вскрыта вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами или (при относительно близко расположенных пластах) вертикальными стволами и этаж­ ными квершлагами. В последнем случае длина наклонных выра­ боток значительно сокращается. С уменьшением расстояния между пластами по нормали и увеличением угла падения пластов суммарная длина этажных квершлагов уменьшается.

более с благоприятными горно-геологическими условиями, при значительных размерах шахтных полей и большом сроке службы шахты (не менее 60 лет). Блоковое вскрытие особенно целесо­ образно применять при разработке глубоко залегающих место­ рождений с большой газоносностью (III категории и сверхкатегорных по газу). В этих условиях обычная схема вскрытия только центральными или центральными и фланговыми стволами ста­ новится экономически невыгодной и технически нецелесообразной, так как она может быть осуществлена только при небольших размерах шахтного поля по простиранию (не более 5— 6 км). Кроме того, при этом требуется по условиям проветривания увели­ чивать сечение главных штреков.

При блоковой схеме вскрытия вертикальными стволами и блоковыми квершлагами вначале примерно посередине (по прости­ ранию) шахтного поля проходят подъемные стволы центрального комплекса до первого транспортного горизонта. Затем в сторону

в обе стороны по простиранию проводят полевые или пластовые главные штреки. Пласты вскрывают блоковыми квершлагами, ко­ торые проводят с главных штреков примерно посредине блока. Главные штреки проводят одной или двумя выработками.

В каждом блоке целесообразно сооружать одну центральную углесосную станцию, общую для всех пластов блока. В этом слу­ чае возникает необходимость организации самотечного гидро­ транспорта от забоев до углесосной станции. Длина отдельных квершлагов на крупных гидрошахтах, например Красноармейского района Донбасса, достигает 600 м.

При блоковой схеме вскрытия отдельные блоки соединяют между собой подземной магистральной транспортной (полевой или пластовой) выработкой, которая служит для прокладки трубо­ проводов и перевозки людей, материалов и оборудования. В венти­ ляционном отношении эта выработка нейтральна.

30

Иногда блоки можно вскрывать независимо, не соединяя их подземными выработками. В этом случае от каждого блока по поверхности прокладывают трубопроводы для подачи угольной пульпы на центральную обезвоживающую станцию или обогати­ тельную фабрику; материалы и оборудование транспортируют к каждому блоку также по поверхности. Такое предприятие, объе­ диняющее, по сути дела, несколько независимых в горном отноше­ нии шахт, называют гидрорудником.

Поверхностный комплекс отдельных гидрошахт, входящих в рудник, резко упрощается, так как на нем остаются только со­ ответствующие административно-бытовые комбинаты, сооружения для хранения материалов и здания вентиляторных установок. Весь технологический комплекс и вспомогательные цеха сосредо­ точивают на центральной промплощадке, которую обычно распо­ лагают возле стволов одной из шахт, находящихся примерно посередине поля гидрорудника.

Применение каждой из указанных схем должно обосновы­ ваться технико-экономическими расчетами.

Производственную мощность блока или шахты, входящей в состав гидрорудника, рекомендуется принимать в зависимости от угленасыщенности месторождений и мощности шахты в пределах от 0,5 млн. до 1,5 млн. т в год. Срок службы блоков колеблется от 25 до 50 лет. Срок службы каждого вскрываемого горизонта составляет 5—10 лет.

При блоковом вскрытии и подготовке шахтного поля обеспечи­ вается высокая производственная мощность шахты, достигается простая схема проветривания горных работ в шахтном поле и упрощается схема гидравлического и обычного транспорта. Кроме того, снижаются затраты на поддержание выработок: выра­ ботки с большим сроком службы проводят полевыми и крепят железобетонной крепью, пластовые выработки быстро пога­ шают.

Вскрытие вертикальными стволами и гезенками может приме­ няться при разработке двух или более пологих (до 7—8°) пластов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга. Один ствол проходят до нижнего пласта, что позволяет избежать про­ ведения квершлагов большой длины. На уровне пересечения ниж­ него пласта стволом устраивают околоствольный двор с камерами гидроподъема.

Приемная площадка грузолюдского подъема может находиться и на верхнем пласте.

Угольную пульпу с верхнего (верхних) пласта на нижний спускают по гезенку, пройденному в районе околоствольного двора. Вентиляционный ствол проходят до верхней границы шахт­ ного поля. Очень часто вместо гезенка для спуска угольной пульпы используют блоковый ствол.

После отработки верхних (бремсберговых) полей и частично уклонных проходят новый ствол и капитальный гезенк.

31

§ 3. ВСКРЫТИЕ КРУТЫХ ПЛАСТОВ

Крутые пласты вскрывают вертикальными стволами и этаж­ ными квершлагами, периодически углубляя стволы.

Как исключение, при небольшой глубине разработки и ограни­ ченном количестве пластов (один—три, реже больше) вскрытие можно производить наклонными стволами и квершлагами (шахта № 4 комбината Орджоникидзеуголь и два блока Яновского гидро­ рудника).

На шахтах большой производственной мощности наклонные стволы проходят не по падению, а диагонально, чтобы уменьшить угол наклона их к горизонту до 16—17°.

На действующих гидрошахтах крутые пласты вскрывают почти так же, как на обычных (с механическим способом угледобычи) шахтах.

Рассмотрим в качестве примера схему вскрытия свиты мощных и средней мощности крутых пластов на гидрошахте «Красногор­ ская».

На поле размером 3,8 км по простиранию и 0,7 км вкрест про­ стирания залегают семь рабочих пластов мощностью от 1,5 до 10,4 м (суммарная мощность 33,5 м). Угол падения 40—75°, преи­ мущественно 52—70°. Глубина нижней границы шахтного поля 400 м.

Поле вскрыто двумя центрально-сдвоенными и двумя фланго­ выми вертикальными стволами и этажными квершлагами. Высота этажа 100 м. Верхний этаж отработан как с применением обыч­ ной технологии, так и при помощи гидромеханизации. Начиная со второго этажа, шахта полностью переведена на гидродобычу.

уклоном на оба крыла шахты проведены полевые концентрацион­ ные штреки. От концентрационных штреков к пластам (с подъе­ мом 0,05 для безнапорного гидротранспорта) пройдены промежу­ точные квершлаги, подготовляющие вместе с пластовыми ак­ кумулирующими штреками выемочные поля. У пересечения концентрационного штрека с промежуточными квершлагами обо­ рудованы участковые перекачные углесосные станции.

Принятый способ подготовки шахтного поля позволяет приме­ нять безнапорный гидротранспорт в пределах выемочных полей в сочетании с напорным гидротранспортом угля от выемочных полей к центральной углесосной станции гидроподъема у около­ ствольного двора и далее на поверхность — на обогатительную фабрику. Людей и материалы от ствола к промежуточным квер­ шлагам доставляют в вагонетках. Далее контейнеры с мате­ риалами автоматически перегружают на монорельсовые дорожки, устроенные в промежуточных квершлагах и пластовых штреках.

На одном из крыльев шахтного поля имеются три и на другом

32

пять выемочных полей. Длина выемочных полей по простиранию 300—500 м. Поля, как правило, двукрылые, за исключением от­ дельных однокрылых полей, отрабатываемых на передний квер­ шлаг.

§4. ПОДГОТОВКА ПОЛЕЙ ГИДРОШАХТ

ИПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ

П о д г о т о в к о й ш а х т н о г о п о л я называют проведение выработок, обеспечивающих возможность ведения очистных работ. Выработки, подготовляющие пласты к очистной выемке, называют п о д г о т о в и т е л ь н ы м и — промежуточные квершлаги, этажные, панельные и участковые бремсберги, ярусные штреки и др.

Рис. 19. Этажный способ подготовки шахтного поля

Способы подготовки шахтных полей. При подземной разра­ ботке угольных пластов поле шахты делят в зависимости от геоло­ гических, горнотехнических и экономических факторов на части — этажи или панели.

Если шахтное поле по падению делят на части, вытянутые по

штреки — откаточный и вентиляционный, а по простиранию — гра­ ницы шахтного поля. Штреки, ограничивающие этаж, называют этажными.

Если шахтное поле делят на части по простиранию, то эти вытянутые по падению (восстанию) части называют панелями, а способ подготовки шахтного поля — панельным. El а н е л ь — это часть шахтного поля, ограниченная по падению или восстанию главными штреками или главным штреком и одной из границ

шахтного поля, а по простиранию — границами соседних панелей или границей соседней панели с одной стороны и границей шахт­ ного поля с другой.

При гидромеханизации добычи угля применяют как панельный, так и этажный способы подготовки. Кроме перечисленных спосо­ бов, в отечественной практике применяют смешанный способ под­ готовки шахтных полей, когда одну часть шахтного поля разде­ ляют на этажи, а другую (обычно нижнюю) — на панели.

При этажной разработке шахтное поле (вскрытое вертикаль­ ными стволами и капитальным бремсбергом) подготавливают следующим образом. Для выемки части шахтного поля по восста­ нию по середине его проводят капитальный бремсберг с одним или двумя ходками. На расстоянии, равном наклонной высоте этажа, от бремсберга засекают этажные штреки.

В дальнейшем этажные штреки проводят до границ шахтного поля по простиранию. Нижний штрек каждого этажа является транспортным и по нему к очистным забоям поступает свежая струя воздуха. Верхний этажный штрек называют вентиляцион­ ным, он служит для отвода исходящей струи воздуха, доставки крепежных материалов, оборудования и др.

Аналогичным образом разделяют и часть шахтного поля, рас­ положенную по падению. Для этой цели проводят центральный капитальный уклон, а от него этажные штреки. Наклонная высота этажей принимается от 80 до 150 м на крутом падении и от 150 до 500 м — на пологом.

При гидромеханизации угледобычи этажный способ подготовки шахтных полей применяют при разработке крутых и наклонных пластов, реже — пологих.

При панельном способе подготовки обычно от стволов шахты в обе стороны проводят главные штреки — транспортный (откаточ­ ный) и вентиляционный. Часть шахтного поля, расположенная выше главного откаточного штрека, называют полем по восста­ нию, а ниже откаточного штрека — полем по падению.

Поля по восстанию и по падению обслуживают соответственно капитальными бремсбергом и уклоном. В связи с этим их назы­ вают бремсберговыми и уклонными полями.

Панели по падению разделяют на более мелкие участки, вы­ тянутые по простиранию, — ярусы. Ярус в панели соответствует этажу в шахтном поле. В пределах каждой панели проводят бремсберг или уклон, которые называют панельными.

Панельный способ подготовки шахтного поля при разработке пологого пласта гидравлическим способом показан на рис. 20. Бремсбергами или уклонами (с ходком) каждую панель делят на две равные части. Последние разделяют на ярусы путем проведе­ ния от бремсберга (уклона) на одинаковом расстоянии друг от друга по восстанию аккумулирующих (промежуточных) и парал­ лельных (просеков) штреков. Ярусы отрабатывают в направлении от границ панели к бремсбергу (уклону).

34

Для подачи в забои высоконапорной воды и транспортирова­ ния пульпы в ходках размещают трубы или желоба. Ходки служат для вентиляции и передвижения людей. Грузолюдской подъем осуществляется по бремсбергам. Панельный и смешанный способы подготовки применяют при разработке пологих пластов, реже — наклонных. Длина панелей по простиранию 600—1000 м и более, а но падению 800—1200 м и более.

На основе опыта проектирования и практики гидравлической добычи угля установлено, что основные положения при выборе способов подготовки панелей гидрошахт в общем сходны со

Рис. 20. Панельный способ подготовки шахтного поля

способами подготовки шахт с обычной технологией. Отличие за­ ключается лишь в необходимости учитывать возможность обеспе­ чения нормальных условий для гидротранспорта.

Большая экономичность панельного способа подготовки (по сравнению с этажным) достигается благодаря уменьшению длины главных откаточных и вентиляционных штреков и снижению объема работ по прокладке трубопроводов.

При панельном способе подготовки монтаж и демонтаж труб для подачи высоконапорной воды по штрекам за весь период су­ ществования гидрошахты (или горизонта) производится один раз. Эти же работы при этажном способе подготовки необходимо вы­ полнять каждый раз при переходе очистных работ на новый горизонт.

На практике выбор панельного или этажного способа подго­ товки шахтного поля в основном определяется производственной мощностью гидрошахты и размерами шахтного поля по прости­ ранию.

Этажный способ подготовки целесообразно применять при не­ больших (до 3 км) размерах шахтных полей по простиранию и работе только на одном горизонте; при больших размерах шахт­ ных полей по простиранию предпочтительнее оказывается панель­ ный способ подготовки с самотечным гидротранспортом угля внутри панели и напорным гидротранспортом от панели до околоствольного двора.

При выборе схем подготовки выемочных полей, этажей и па­ нелей следует стремиться к сокращению трасс и длины пути без­ напорного гидротранспорта, избегая больших перепадов, крутых поворотов и повышенных скоростей движения гидросмеси на отдельных участках самотечного транспорта.

Последовательность разработки пластов в свите и группирова­ ние пластов. При совместном вскрытии свиты пластов, входящих в шахтное поле, их можно разрабатывать одновременно или по­ следовательно (по одному или группами).

При выборе варианта последовательной разработки пластов руководствуются следующими положениями:

1) для сближенных пластов последовательность разработки должна исключать вредное влияние подработки одних пластов другими;

2) необходимо обеспечить максимальную нагрузку на пласт, так как увеличение числа одновременно разрабатываемых пластов при недостаточной нагрузке на пласт приводит к существенному снижению производительности труда и росту себестоимости добы­ ваемого полезного ископаемого;

3) при последовательной разработке двух пластов или группы пластов, входящих в свиту, необходимо обеспечить сохранение про­ изводственной мощности шахты во все периоды ее существования, так как уменьшение добычи в какой-нибудь период, помимо умень­ шения объема производства, приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей.

Порядок отработки пластов в свите устанавливается проектом. При установлении целесообразности групповой разработки и выборе способа группировки пластов руководствуются следую­ щими положениями:

1) групповая разработка должна применяться в тех случаях, когда по сумме учтенных расходов на проведение и поддержание выработок, а также на транспорт по выработкам она более вы­ годна, чем обособленная;

2)величины нагрузок на пласты свиты должны быть рацио­ нальными с технической точки зрения и по эксплуатационным расходам;

3)депрессия выработок откаточного и вентиляционного гори­ зонтов как при групповой, так и при обособленной разработке пла­ стов не должна превышать расчетной величины.

При эксплуатации свиты пологих или наклонных пластов в по­ давляющем большинстве случаев одновременная групповая разра­

36

ботка более чем двух-трех пластов нецелесообразна [15]. При по­ следовательной (в пределах шахтного поля) отработке пластов

вгруппе может оказаться целесообразным группировать тричетыре и более пластов.

При эксплуатации свиты крутых пластов целесообразно разра­ батывать одновременно не более 70—75% рабочих пластов свиты. Для уменьшения затрат на поддержание этажных штреков при от­ работке свиты сближенных крутых пластов применяют группировку пластов с поддержанием на всю длину только групповых (кон­ центрационных) откаточных и вентиляционных штреков, обслужи­ вающих два-три и более пластов. При этом штреки по остальным пластам, входящим в группу, систематически погашают. Группо­ вые штреки проводят по одному из угольных пластов, залегающих

внаиболее устойчивых боковых породах, по нерабочему уголь­ ному пласту или по пустым породам (полевые штреки).

Как правило, групповые штреки проводят по нижнему в группе угольному пласту или пропластку, чем избегают подработки вы­ работок при разработке пластов.

Группируемые пласты соединяют между собой промежуточными квершлагами, проводимыми через определенные расстояния.

§ 5. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИДРОШАХТ

Основными параметрами гидрошахт являются: нагрузка на пласт, годовая мощность и срок службы гидрошахты, размеры шахтного поля по простиранию и падению и др.

Нагрузка на пласт. Рациональной называется такая технически осуществимая нагрузка на пласт, которой соответствуют мини­ мальные эксплуатационные расходы Hä 1 т добываемого угля.

Рациональную нагрузку на пласт определяют с учетом следу­ ющих факторов: вентиляции, скоростей проведения подготовитель­ ных выработок, возможного объема добычи выемочных участков, производительности транспортирования грузов и доставки мате­ риалов, потерь угля в целиках, времени подготовки к эксплуата­ ции выемочных полей или панелей в шахтном поле, удобства транспортирования людей, противопожарной безопасности. Из природных факторов на величину нагрузки на пласт большое влияние оказывает мощность и для газовых шахт метаноносность пласта.

При гидравлическом способе добычи угля нагрузка на пласт в основном зависит от типа и производительности механизмов и машин, работающих в очистных и подготовительных забоях, а также

п

37

где Яп— производительность труда подземного рабочего, т/смену; Шп — постоянный штат подземных рабочих'и технического

надзора; Я — производительность труда рабочего по участку, т/чел-

смен,

Kph

П--

В+ -

К— коэффициент извлечения угля;

р— производительность пласта, т/м2;

М — производительность труда гидромониторщика, т/чел-смен. Наивыгоднейшую нагрузку на пласт устанавливают сравнением вариантов. Число расчетных вариантов ограничивается нагрузкой на пласт, которая при любых способах вскрытия и схеме под­ готовки пласта не превышает допустимой по техническим фак­

торам.

Годовая производственная мощность и срок службы гидро­ шахты. Производственной мощностью шахты называют установ­ ленный проектом размер добычи шахты в единицу времени — сутки, год (До Дг). При определении годовой производственной мощ­

При выборе оптимальных значений производственной мощности и срока службы гидрошахты следует различать два случая: место­ рождения с фиксированными (ограниченными) и с нефиксирован­ ными (условно с неограниченными) запасами. Ниже будут рас­ смотрены только месторождения с фиксированными, т. е. ограни­ ченными запасами.

При определенной величине промышленных запасов гидро­ шахты и принятой мощности расчетный срок существования гидро­ шахты

где Z — промышленные запасы угля, т.

Фактический срок существования гидрошахты будет несколько больше, так как к расчетному сроку необходимо добавить неко­ торое время на освоение проектной мощности и затухание добычи

38

Согласно нормам технологического проектирования срок службы гидрошахт рекомендуется определять как производную вели­ чину при технико-экономическом обосновании мощности шахты и размеров ее поля. При этом расчетные сроки службы новых шахт производственной мощностью более 4000 т угля в сутки должны составлять 40—50 лет, меньшей мощности 25—30 лет.

При увеличении производственной мощности гидрошахты капи­ тальные затраты на ее строительство и оборудование увеличива­ ются. Вместе с тем некоторая часть эксплуатационных расходов (абсолютное значение которых не зависит от значения Д и явля­ ется более или менее постоянным), приходящихся на 1 т запасов, уменьшается.

Существует оптимальная величина производственной мощности гидрошахты До, при которой общая сумма капитальных и эксплу­

чениям капитальных затрат 1 и эксплуатационных расходов 2, от­ несенных к 1 т промышленных запасов.

Наивыгоднейшее соотношение указанных величин определяется точкой М (расположенной на кривой 3 суммарных расходов) — минимума суммы капитальных и эксплуатационных затрат.

При разработке месторождений, имеющих значительные раз­ меры по простиранию и падению и неограниченные запасы, строят не одну, а ряд гидрошахт или гидрорудник.

Оптимальную годовую производственную мощность гидро­ шахты, разрабатывающей свиту пластов, и шахты в составе гидро­ рудника определяют сравнением нескольких вариантов, различаю­ щихся суммарной производительностью одновременно разрабаты­ ваемых пластов.

При оценке сравниваемых вариантов в соответствии с Типовой методикой определения экономической эффективности капитало-

39