Литература ТПГР / Книга - Основы ГП

31

Эксплуатационные горные выработки в зависимости от назначения делятся на вскрывающие, подготовительные и очистные. Вскрывающие выработки служат для вскрытия шахтного поля. Подготовительные выработки сооружаются в процессе подготовки шахтного поля к разработке. Очистные - это выработки, в которых ведется добыча полезных ископаемых. Они непрерывно перемещаются в пространстве, а их форма и размеры зависят от мощности и угла падения разрабатываемого пласта (рудного тела) и технологии добычи.

В зависимости от соотношения между площадью поперечного сечения выработки и ее длиной, выработки разделяют на протяженные и объемные.

Протяженные горные выработки в зависимости от их положения в пространстве в свою очередь делят на вертикальные, горизонтальные и наклонные.

К вертикальным выработкам относят стволы, слепые стволы, гезенки, шурфы и скважины.

Ствол – это вертикальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных горных работ. По шахтным стволам поднимают полезные ископаемые, спускают материалы, оборудование, людей и движется воздушная струя. В зависимости от основного назначения шахтные стволы делят на главные и вспомогательные. Главный ствол служит для подъема на поверхность полезных ископаемых. Вспомогательные стволы в соответствии с их функциями подразделяются на грузолюдские (для спуска и подъема людей, материалов, оборудования), вентиляционные и воздухоподающие (для проветривания) и т.п.

Ствол шахтный слепой - это вертикальная подземная выработка, которая не имеет непосредственного выхода на земную поверхность, служащая в первую очередь для подъема полезных ископаемых с нижних горизонтов на верхние. Используют его также для вентиляции, спуска и подъема людей, материалов, оборудования и для водоотлива.

Гезенк - это вертикальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхних горизонтов на нижние под действием собственного веса или в специальных сосудах механическим способом. Гезенк используют также для вспомогательных целей: спуска и подъема людей, материалов, оборудования и для вентиляции.

Шурф - это вертикальная горная выработка небольшой глубины, сооруженная с поверхности, предназначенная для вспомогательных целей. Шурфы бывают также разведочные.

Скважина – это горная выработка цилиндрической формы глубиной более 5 м и диаметром более 75 мм. По своему назначению скважины могут быть: разведывательные, которые используются для поисков месторождений, изучения их качества, условий залегания и величины запасов; эксплуатационные, предназначенные для добычи жидких и газообразных полезных иско-

32

паемых; вспомогательные (вентиляционные, тампонажные, замораживающие, дегазационные, водоотливные взрывные и т.п.).

К горизонтальным горным выработкам относятся штольня, тоннель, квершлаг, штрек, косовичник, просек, орт. Эти выработки являются или горизонтальные или с небольшим уклоном (не более 3°).

Штольня – это горизонтальная горная выработка, сооруженная с поверхности земли до полезного ископаемого. Она имеет с одной стороны непосредственный выход на поверхность и служит для всех работ и процессов. В зависимости от своих функций штольня может быть разведывательной, вентиляционной, откаточной и водоотливной.

Тоннель – это горизонтальная (реже наклонная) горная выработка, имеющая с обоих сторон выход на поверхность и служащая для транспортных и других целей в гористой местности.

Квершлаг – это горизонтальная (реже наклонная) горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная вкрест простирания пласта, использующаяся для транспорта, вентиляции передвижения людей и других работ.

Штрек – это горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная по простиранию пласта или боковых пород. В первом случае штрек называют пластовым, а во втором полевым. По назначению штреки могут быть транспортными, вентиляционными, бутовыми, главными, коренными и т.п. Транспортный откаточный штрек служит для транспортировки грузов, а также для движения свежей струи воздуха. Вентиляционный штрек используется, главным образом, для движения исходящей струи воздуха и вспомогательных процессов. Коренной штрек сооружается на уровне главного горизонта (где заканчиваются стволы). Главный штрек – это выработка, по которой движется основной поток грузов всей шахты. Бутовый штрек – это выработка для получения закладочного материала (бута). Бутовый штрек проходится в выработанном пространстве.

Просек – горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная в пределах мощности пласта параллельно штреку (по простиранию). Служит для целей проветривания штрека при его проведении.

Косовичник – это подземная горная выработка, сооружаемая параллельно штреку, который охраняется бутовой полосой.

Орт – это горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная в крест простирания мощного пласта между его почвой и кровлей (при крутом и наклонном падении пласта).

К наклонным выработкам относятся наклонные стволы, ходки, бремсберги, уклоны, скаты, печи, сбойки.

Наклонный ствол имеет то же назначение, что и вертикальный ствол. Различие только в его положении в пространстве.

33

Бремсберг – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, пройденная по восстанию пласта и служащая для транспортирования угля с верхних горизонтов на нижние (сверху вниз). Вспомогательный бремсберг сооружается параллельно основному и служит для транспортировки породы, материалов, оборудования и для воздушной струи.

Уклон – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, сооруженная по падению пласта и служащая для подъема полезного ископаемого снизу до откаточного горизонта (снизу вверх). Вспомогательный уклон сооружается параллельно основному и служит для вспомогательных процессов и проветривания.

Ходок – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность. Он размещается параллельно бремсбергу или уклону и служит для вспомогательных процессов и механизированной доставки людей (людские ходки).

Скат – это наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и служащая для спуска угля под собственным весом.

Печь – это подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, сооруженная только в пределах мощности угольного пласта (соединяет просек со штреком) и служащая для вентиляции, транспортирования угля и т.д.

Печь, которая предназначена для монтажа в ней угледобывающего оборудования, а затем и для начала угледобычи, называют разрезной.

Сбойка – это наклонная (реже горизонтальная) горная выработка, сооруженная для целей вентиляции и сообщения между двумя-тремя параллельными выработками.

Лава – это очистная наклонная или горизонтальная горная выработка, в которой добывают уголь.

Очистной забой – это подвижная стенка разрезной печи. Схема горных выработок условной шахты приведена на рис. 3.2.

34

Рис. 3.2 Схема горных выработок условной шахты 1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – венти-

ляционный ствол; 4 – околоствольный двор основного горизонта; 5 – околоствольный двор вентиляционного горизонта; 6 – откаточные квершлаги; 7 – вентиляционные квершлаги; 8 – бремсберг; 9 – уклон; 10 – вентиляционный ходок; 11 – вспомогательный бремсберг (уклон) ; 12 – откаточные штреки; 13 – вентиляционные штреки; 14 – разрезная печь; 15 – очистные забои (лавы)

На рис 3.2 очень условно изображен околоствольный двор, примыкающий к главному и вспомогательному стволу.

36

Околоствольный двор представляет собой сложный петлевой комплекс горных выработок, которые подразделяются на транспортные выработки, служебные камеры и прочие выработки и связывают между собой оба шахтных ствола.

В околоствольном дворе выполняются работы по приему и подъему полезного ископаемого и породы на поверхность, приему материалов и оборудования при транспортировке их в шахту с поверхности. В околоствольном дворе размещают камеры различного технологического назначения, связанные с водоотливом, энергоснабжением и т.д.

Камерами называют подземные горные выработки, имеющие значительные размеры поперечного сечения при сравнительно небольшой длине и предназначенные для установки в них машин, электрооборудования и для других целей.

Схема околоствольного двора условной шахты приведена на рис. 3.3.

Контрольные вопросы и задания

1.Укажите отличия шахты от карьера.

2.Что такое горная выработка?

3.Чем отличаются между собой вертикальные и наклонные выработки?

4.Укажите различие между шурфом и гезенком.

5.Что такое околоствольный двор?

6.Что такое шахтные стволы и какие они бывают?

7.Чем отличается скат от уклона?

8.Чем лава отличается от камеры?

9.Что такое штрек?

10.Что такое квершлаг?

11.Что такое бремсберг?

12.Что такое добыча в горном деле?

13.Перечислите основные камеры околоствольного двора.

14.Изобразите схему горных выработок шахты.

15.Что такое шахтный копер?

16.Что такое поверхностное сооружение?

17.Какие вы знаете здания и сооружения шахтной поверхности? 18.Как группируются здания и сооружения шахтной поверхно-

сти?

19.Что такое здание?

20.Какие бывают здания?

21.Назовите основные несущие конструкции зданий?

22.Что такое ограждающие конструкции зданий?

23.Что такое фундамент зданий?

24.Какие виды стен Вы знаете?

25.Что такое перекрытие здания?

26.Что такое покрытие здания?

37

4 Основные положения технологии подземной разработки угольных месторождений

4.1 Понятие о шахтном поле

Шахтное поле – это часть месторождения, отведенная для разработки одной шахтой.

Графически шахтное изображено на рис.4.1.

Рис. 4.1 Изображение шахтного поля на горных чертежах

38

Каждое шахтное поле имеет свои границы, которые определяют его размеры и являются линиями, отделяющими шахтное поле от остальной части месторождения. Верхняя граница АВ называется границей по восстанию, а нижняя СД – границей по падению или нижней технической границей. Линии АД и ВД являются границами по простиранию или боковыми.

На рис. 4.1 изображено шахтное поле правильной формы, размещенное на одном пласте, не имеющем геологических нарушений. Такие пласты в природе практически не встречаются. Пласт обычно имеет волнистую поверхность, часто поделенную на отдельные участки тектоническими нарушениями. Поэтому реальные шахтные поля имеют разнообразные конфигурации. И все же в процессе проектирования шахт стремятся форму шахтного поля приблизить к прямоугольной. Шахтное поле характеризуется размерами по простиранию и по падению. Наиболее типичные размеры такие: для пологих пластов от 3 до 10 км по простиранию и от 1.5 до 4.5 км по падению; для крутых (более 45°) пластов – 2,5 – 7,0 км по простиранию и 0,8 – 1,5 км по падению. Характер залегания угольного пласта достаточно полно отображается на схемах изогипсами, т.е. линиями, полученными при пересечении пласта горизонтальными плоскостями. Для изображения формы залегания пласта изогипсы его почвы или кровли проектируют на горизонтальную плоскость при падении от 0 до 60° и на вертикальную плоскость при большем угле падения пласта.

Количество угля, содержащееся в недрах участка земли отведенного под шахтное поле, называют его запасами. Запасы, размещенные в границах шахтного поля, по ряду причин не все подлежат выемке. И даже те, что подлежат выемке, не все могут быть выбранными. Часть полезных ископаемых навсегда остаются в недрах земли. Исходя из сказанного запасы, запасы полезных ископаемых разделяются на геологические, балансовые, забалансовые и промышленные.

Геологические запасы – это все запасы месторождения (шахтного поля), размещенные в недрах земли.

Балансовые запасы – это запасы, которые экономически целесообразно разрабатывать и которые удовлетворяют кондиции, установленным для подсчета запасов в недрах Они меньше геологических на величину забалансовых запасов.

Забалансовые запасы – это запасы, использование которых в настоящее время экономически нецелесообразно вследствие их небольшого количества, некондиционной мощности пластов, низкого содержания ценных компонентов, очень сложных условий эксплуатации, большой зольности полезного ископаемого и т.п. Такие запасы в будущем, с развитием горнодобывающей и обогатительной техники и технологии могут стать объектом промышленного использования, т.е. – балансовыми запасами.

Промышленные запасы – это часть балансовых запасов, которая должна быть добыта из недр по проекту. Для расчета промышленных запасов необходимо из балансовых запасов исключить потери, которые складываются из общешахтных и эксплуатационных. К общешахтным потерям относят

39

запасы в целиках, т.е. на участках, где разработка запрещена (под объектами на поверхности земли, в целиках около охраняемых выработок.). К эксплуатационным потерям относят потери в забоях, где ведутся работы по добыче полезного ископаемого.

Величина промышленных запасов шахтного поля определяет проектную мощность шахты и срок ее службы, т.е.

T = ZAn ,

где T - срок службы шахты, лет;

Zn – промышленные запасы шахтного поля, т; A - проектная мощность шахты, т/год.

Полный (фактический) срок службы шахты будет большим величины Т на 3-5 лет. Это дополнение необходимо для учета периодов развития и затухания проектной мощности шахты.

Современные шахты проектируются и строят, как правило, на проектную мощность 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6 млн. т в год. Срок службы таких шахт проектируется на 50-60 лет. Чем больше проектная мощность шахты, тем большими запасами она должна обладать, вследствие чего размеры шахтного поля должны быть большими. Фактические сроки службы действующих шахт от.50 до 100 лет и более.

4.2 Вскрытие шахтных полей

Различают три этапа разработки шахтного поля: вскрытие, подготовка и эксплуатация.

Под вскрытием шахтного поля понимают проведение капитальных горных выработок, которые открывают доступ с поверхности до месторождения или его части и обеспечивают возможность подготовки пластов к разработке.

Подготовка – это проведение подготовительных выработок, разделяющих шахтное поле на части, удобные для выемки угля: этажи, ярусы, панели, выемочные поля, полосы.

Эксплуатация – это проведение работ, связанных непосредственно с выемкой угля в пределах шахтного поля, транспортирование его по горным выработкам и отгрузка потребителям.

На строящихся шахтах все эти этапы имеют обозначенную последовательность, а на действующих они могут совмещаться во времени. Например, в период эксплуатации одного из горизонтов готовится вскрытие и подготовка другого; в период разработки бремсберговой части шахтного поля ведется подготовка уклонной части.

Различают три способа вскрытия шахтного поля: вертикальными стволами, наклонными стволами и штольнями. Учитывая то, что главных

40

вскрывающих выработок должно быть не менее двух, возможны комбинации способов.

Вскрытие вертикальными стволами включает проведение вертикальных главных вскрывающих выработок и различных дополнительных выработок в зависимости от количества и мощности пластов, угла их наклона, мощности наносов, глубины разработки, производственной мощности шахты и т.д.

Использование наклонных стволов дает возможность получить экономические выгоды по сравнению с вертикальными стволами в определенных горно-геологических условиях.

При сложном рельефе поверхности в гористой местности наиболее рациональным способом вскрытия месторождения является вскрытие штольнями.

Комбинированные способы вскрытия дают возможность использовать как вертикальные, так и наклонные вскрывающие выработки.

4.2.1 Вскрытие вертикальными стволами

Для вскрытия по этой схеме с поверхности до основного горизонта сооружается два (или больше) вертикальных ствола – главный и вспомогательный. На горизонте они соединяются сбойкой и вокруг них сооружается околоствольный двор, с которого проводятся дополнительно вскрывающие выработки. Различают одно- и многогоризонтные схемы вскрытия. Рассмотрим некоторые из них.

На рис. 4.2 приведена схема вскрытия центральными вертикальными стволами и капитальным квершлагом – одногоризонтная схема.

Рис. 4.2 Схема вскрытия центрально-сдвоенными стволами и капитальными квершлагами 1 – вертикальные стволы; 2 – капитальный квершлаг

Эта схема вскрытия широко используется при размерах шахтного поля по падению не более 2,0-2,5 км, с примерно одинаковыми размерами бремсбергового и уклонного полей, при углах падения пластов более 8-10°.