Дерев'яне кріплення. При кутах нахилу виробки до 15—20° застосовують звичайні трапецієподібні кріпильні рами. Між рамами в замків ставлять дерев'яні розпірки, що з'єднуються з верхняками рам металевими скобами.

При кутах нахилу 20—45° застосовують прямокутні кріпильні рами, із з'єднанням елементів у лапу і розпірками між рамами поверху і понизу. При кутах нахилу більш 30º установлюють повні кріпильні рами, через небезпеку сповзання порід підошви виробки.

При кутах нахилу більш 45º виробки кріплять вінцевим кріпленням так само, як і вертикальні виробки. Для утримання кріплення від здвижки униз через кожні 3—5 метрів встановлюють опорні рами, що мають подовжені верхняки і лежні, кінці яких заводять у бічні породи на глибину 0,5—0,7м.

Металеве кріплення. При кутах нахилу до 30° має ті ж конструктивні форми, що й у горизонтальних виробках. При кутах нахилу більш 30° металеве кріплення застосовують рідко, а якщо і застосовують, то рами повинні бути замкнутої конструкції.

Кам’яне і бетонне кріплення застосовують у капітальних похилих виробках. При кутах нахилу до 15º виробки кріплять так само, як і горизонтальні. При кутах нахилу від 15° до 45° фундаменти повинні мати горизонтальну підошву, для чого їх роблять східчастої форми з висотою щаблів 0,4—1м. Кладку кам'яного кріплення ведуть горизонтальними рядами. При кутах нахилу від 45° до 75° застосовують кріплення кільцевої і склепінної форми з оберненим склепінням. У цьому випадку через 10—20 м по довжині виробки встановлюють опорного венця по всьому контурі виробки. При кутах нахилу більш 75° виробки кріплять так само, як вертикальні стволи.

Зведення тимчасового кріплення. Тимчасове кріплення, установлюване для безпечного ведення робіт у привибійному просторі до зведення постійного кріплення, повинне бути надійне, просте у виготовленні і зручне при установці і заміні постійним кріпленням.

Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует.‑12 – Тимчасове огороджувальне кріплення:

1 – висувна балка; 2 – настил; 3 – підвіска

В якості підтримуючого використовується аркове жорстке або податливе кріплення зі спецпрофілю. Зводять таке кріплення як постійне. Застосовується також анкерне кріплення у чистому вигляді, або у комбінації з верхняком металевої арки (рис. 2-15).

Якщо породи стійкі, але схильні до відшарування, а постійне кріплення зводиться вслід за посуванням вибою, то застосовують привибійне огороджуюче висувне кріплення і підвісні дерев'яні або металеві верхняки

з затягуванням.

Контрольні питання.

Які форми поперечного перетину виробок застосовуються на практиці і чим визначаються їх вибір?

Перелічите вимоги Правил безпеки до розмірів поперечного перетину виробки у світлі?

Назвіть елементи кріплення.

При яких умовах застосовується

металеве кріплення;

дерев’яне кріплення;

залізобетонне;

Монолітне залізобетонне кріплення

Збірне залізобетонне кріплення

Штангове кріплення

кам’яне;

Дайте визначення змішаному кріпленню.

Що таке СВП та ЗПК?

Що таке тимчасове кріплення?

Опишіть конструкцію тимчасового кріплення.

ЛЕКЦІЯ 4 _______________

Тема 1.5 розкриття шахтних полів

Література: с.36-60, 65-68 [1]. с.64-67 [2].

1.5 Розкриття шахтних полів

Поняття про розкриття шахтних полів. Розкриття вертикальними стволами. Розкриття вертикальними стволами без додаткових розкривних виробок. Розкриття вертикальними стволами й погоризонтными квершлагами. Розкриття вертикальними стволами й поверховими квершлагами. Розкриття похилими стволами. Розкриття родовищ штольнями. Комбіновані способи розкриття.

Спосіб розкриття — якісна характеристика шахти, що відбиває особливості виду й взаємного розташування головних і допоміжних виробок, проведених у період будівництва й експлуатації гірничого підприємства для створення доступу з поверхні землі до шахтного поля або до його частини.

Шахтні поля розкривають різними способами в залежності від геологічних, гірничотехнічних і економічних факторів: форми й розмірів шахтного поля, потужності й кута падіння пластів, числа пластів і відстані між ними, глибини залягання пластів від поверхні та її рельєфу, порушеності родовища й газовості пластів, потужності шахти й терміну її служби й ін. Врахування впливу перерахованих факторів повинно бути комплексним. Необхідно прагнути до того, щоб обраний спосіб розкриття забезпечував максимальну продуктивність праці при мінімальній собівартості 1 т вугілля.

Способи розкриття розрізняють за типом головних розкривних виробок, що мають безпосередній вихід на поверхню (похилі й вертикальні стволи, штольні та їхні комбінації); розташування головної розкривної виробки щодо пласта й елементів його залягання; числу підйомних горизонтів (одногоризонтні й багатогоризонтні); наявності й типу допоміжних розкривних виробок що не мають виходу на земну поверхню (квершлаги, гезенки, сліпі стволи).

Зазначених ознак досить для повної характеристики того або іншого способу розкриття.

При виборі способу розкриття шахтного поля варто враховувати наступні вимоги: забезпечення не менш двох надійних виходів на земну поверхню; наявність зручної площадки для розміщення поверхневого комплексу й під'їзних залізничних колій і автомобільної дороги; можливість своєчасної підготовки нового горизонту; охорони надр і навколишнього середовища й ін.

Основою класифікації є принцип розподілу усіх варіантів систем розкриття за двома ознаками: виду основної та додаткової розкривної виробки.

Класи систем розкриття: вертикальними стволами; похилими стволами; штольнями; комбіновані (системи розкриття за допомогою комбінації основних розкривних виробок).

Групи систем розкриття: без додаткових розкривних виробок; з горизонтальними розкривними виробками; з вертикальними розкривними виробками.

Види систем розкриття визначаються з функціонального призначення додаткових розкривних виробок, що, як відомо, можуть бути капітальними, погоризонтними, поверховими, проміжними тощо.

При розкритті вертикальними стволами з поверхні до горизонту, наміченого до розкриття, проводять два вертикальних стволи - головний та допоміжний, який розташований поруч (але не ближче 30 м один від одного). На горизонті, що розкривається, вони збиваються вентиляційною збійкою чи іншими виробками для створення вентиляційної мережі (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Розкриття пласта вертикальними стволами: а – з розташуванням пристволового двору в площині пласта; б – в пустих породах

Потім приводяться основні виробки й камери пристволового двору, які підготовляють усе необхідне для подальшої роботи. Після цього з пристволового двору проводять додаткові розкривні виробки.

Вертикальний ствол, що єднає в собі функції головного і допоміжного ствола, пройдений з поверхні прямо на пласти. Розкриття зроблене одним стволом без додаткових розкривних виробок.

Біля ствола споруджується пристволовий двір і від нього в обидва боки проводяться до меж шахтного поля пластові штреки.

При розкритті двома вертикальними стволами двох пологих пластів, що далеко віддалені один від одного, передбачене їхнє одночасне відпрацьовування.

Переваги: відносно невисока вартість і скорочення термінів будівництва шахти.

Недоліки: труднощі проведення й підтримання виробок і камер пристволового двору по пласті чи в безпосередній близькості від нього, що не може виключити ймовірність виникнення ендогенної пожежі в пристволовому дворі навіть на пластах, що схильні до самозаймання.

Спосіб є одним з основних. Він застосовується майже при будь-яких кутах падіння. Тільки при дуже пологих пластах (до 80), коли горизонтальні квершлаги виходять занадто довгими, вони можуть бути замінені похилими квершлагами, гезенками, скатами.

Відмінною рисою цієї схеми є те, що безпосереднє розкриття пласта (свити пластів) здійснюється головним квершлагом, який проводиться з пристволового двору, а не стволом. На рис. 3.2 показаний один з найбільш простих варіантів цієї системи. Гірничі роботи на кожному з розкритих пластів ведуться відокремлено.

Рис. 3.2. Розкриття пластіввертикальними стволами й капітальним квершлагом: 1, 2 – головний і допоміжний стволи; 3 – квершлаг; 4 – шурф

Для запобігання можливості підробки верхніх пластів нижніми необхідно забезпечити постійне випередження очисних робіт у верхніх пластах.

Можливі різновиди розкриття вертикальними стволами й капітальними квершлагами.

Так, наприклад, останнім часом при закладці великих шахт на родовищах з великою кількістю близько розташованих робочих пластів застосовуються схеми розкриття з поділом шахтного поля на блоки. При цих схемах розкриття в число розкривних виробок крім вертикальних стволів, капітального квершлагу входять магістральні польові штреки й блокові квершлаги.

Сутність системи полягає в тому, що шахтне поле поділяється за простяганням на блоки. Кожен блок має індивідуальне провітрювання, але підйом вугілля здійснюється по загальному для всієї шахти скіповому стволу. Одночасно відпрацьовуються кілька блоків, число яких визначається потужністю шахти.

Переваги: значно збільшення терміну службі горизонту, який дорівнює терміну функціонування шахти; простота; відсутність потреби в поглибленні стволів в період експлуатації шахти.

Недоліки: наявність уклонних полів; потреба підтримувати у виробленому просторі вентиляційних виробок великої довжини; наявність дільничних водовідливів в уклонній частині шахтного поля; значні втрати повітря між уклонами та хідниками.

Сутністю цього виду розкриття є розподіл шахтного поля по лінії падіння на частини шляхом послідовного поглиблення стволів і проведення на кожному горизонті горизонтальних квершлагів, так званих погоризонтних (рис.3.3).

Спочатку стволи проходять тільки до відмітки першого горизонту, а пласти розкривають погоризонтними квершлагами. Відпрацьовування запасів можна робити як бремсберговими, так і уклонними полями.

Рис. 3.3. Розкриття свити пластів вертикальними стволами й погоризонтними квершлагами.

Провітрювання бремсбергової частини нижнього горизонту можна здійснювати безпосередньо через вентиляційний ствол, для чого необхідно провести вентиляційний квершлаг на межі між полями верхнього й нижнього горизонтів.

Для провітрювання уклонної частини зберігаються бремсберги відпрацьованого бремсбергового поля, по яких вихідна струмінь повітря надходить на вентиляційний квершлаг чи на рівні відкотного квершлагу другого горизонту проводять додатковий вентиляційний квершлаг.

Область використання – при кутах падіння пластів до 8-250 і розмірах шахтного поля за падінням від 2,5 до 4 км.

Переваги: простота схеми провітрювання; менші витрати на проведення й підтримання підготовчих виробок; більш високе навантаження на очисні вибої та виїмкові поля.

Недоліки: часті поглиблення стволів; менший термін служби горизонту (в порівнянні з розкриттям капітальними квершлагами); значні витрати на проведення й підтримання квершлагів і штреків головного напрямку.

Сутність розкриття вертикальним стволами й поверховими квершлагами полягає в тому, що розкриття запасів здійснюється кожні 100-120 м по вертикалі, починаючи з поверхні зверху вниз. Зазначена вертикальна висота поверху вважається в даний час оптимальною.

Поверхи відпрацьовуються в низхідному порядку. По мірі відпрацьовування заздалегідь поглиблюють стволи й підготовляють новий відкотний горизонт. Свіжий струмінь з допоміжного ствола надходить на квершлаг відкотного горизонту, а з нього по штреках підводиться до очисних вибоїв, пройшовши які по відповідних виробках вентиляційного горизонту повертається до головного ствола, по якому піднімається на поверхню.

При розробці великого числа пластів розкривають двома стволами (рис. 3.4). Головний ствол обладнають скіповими підйомами. По цьому ж стволі відводиться на поверхню відпрацьований струмінь повітря. Другий ствол обладнається клітьовими підйомами.

Рис. 3.4. Розкриття свити пластів вертикальним стволами й поверховими квершлагами: 1 – поверхові квершлаги; 2 – поверхові штреки

Область використання: при кутах падіння пластів більше 250 в умовах родовищ з великим вугленасиченням і невеликим розміром між пластами в свиті; розміри шахтного поля за падінням до 3 км.

Переваги: відсутність капітальних бремсбергів і уклонів; безступінчастість транспорту по гірничих виробках від експлуатаційної ділянки до ствола; менші капітальні витрати в початковий період і менший термін будівництва шахти; більш проста схема провітрювання шахти.

Недоліки: часте поглиблення стволів; велика довжина поверхових квершлагів, особливо на перших і останніх поверхах; необхідність проведення й обладнання пристволових дворів на кожному виїмковому горизонті; необхідність періодичної заміни підйомного обладнання у зв'язку з поглибленням стволів; великі капітальні витрати на весь період існування шахти; необхідність у якийсь період одночасної роботи на двох-трьох горизонтах; невеликий термін служби горизонту. Застосування даної системи розкриття обмежується наступними умовами: пласти з кутами падіння не менше 100; велике число пластів вугілля; підвищена виробнича потужність шахт; великий розмір шахтних полів (за падінням 2-4 км, за простяганням - 5-10 км); великий термін існування шахти (60 років і більше), а також поверху (не менше 10 років).

Область використання схем розкриття вертикальними стволами: при кутах падіння пластів більше 80. При менших кутах падіння довжина квершлагу значно зростає й замість них проводять гезенки (рис. 3.5), скати чи похилі квершлаги.

Рис.3.5. Розкриття пластів вертикальними стволами й гезенками: а – капітальним гезенком; б – поверховими гезенками; 1, 2 – головний та допоміжний стволи; 3 – капітальний гезенк; 4 – поверхові гезенки

При невеликій відстані між пластами крім капітального квершлагу чи гезенка проводять ще поверхові квершлаги чи гезенки.

Даний спосіб є одним з основних. При цих схемах менше обмежуючий вплив роблять такі фактори, як число пластів, відстань між пластами, виробнича потужність шахти.

Розкриття з проведенням квершлагів має великі експлуатаційні переваги й тому частіше застосовується, чим розкриття з проведенням гезенків; у ланцюзі горизонтальних виробок квершлаг не є додатковою ступінню в транспорті, тому що пластові штреки й квершлаг складають одну ланку в електровозному транспорті; квершлаг більш зручний для перевезення людей, обладнання й матеріалів; вентиляції.

При розкритті одного пологого пласта по ньому проходять, звичайно, один головний похилий ствол і один чи два допоміжних стволи. Допоміжні стволи проходять паралельно головному стволу на відстані не менше 30 м від нього; вони необхідні для вентиляції та виконання допоміжних операцій.

Головний ствол обладнають або канатним підйомом для транспортування вугілля в вагонетках чи скіпах, або конвеєрами. На шахтах невеликої виробничої потужності підйомний ствол для скорочення його довжини можна обладнати рейковим транспортом. Вугілля, породу, матеріали й обладнання транспортують по стволі у вагонетках. Відкочування у вагонетках застосовується при кутах падіння до 350.

Головні стволи більш великих шахт обладнають конвеєрами для транспортування вугілля при кутах падіння пластів до 17-180, при великих кутах нахилу - скіповим підйомом. При канатному підйомі одноступінчастий транспорт здійснюється на довжину в середньому до 100 м. При конвеєрному транспорті похилий ствол може мати практично будь-яку довжину (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Розкриття свити пластів головним похилим, допоміжним вертикальним стволами і капітальним квершлагом: 1 – похилий ствол; 2 – капітальний квершлаг; 3 – допоміжний вертикальний ствол

При одночасній розробці декілька пластів застосовують спосіб розкриття

похилими стволами й капітальним квершлагами (рис. 3.7). Горизонтальні квершлаги вигідні при застосуванні одного виду транспорту при обслуговуванні декілька пластів, а також при незначній відстані між пластами (до 50 м).

Рис. 3.7. Розкриття похилими стволами й капітальним квершлагом: 1, 2 – головний і допоміжний стволи, 3 – фланговий похилий ствол

Похилі стволи доцільно проводити по нижньому пласті зі стійкими боковими породами. Коли бокові породи нижнього пласта слабкі й схильні до здимання, тоді стволи можуть бути проведені по одному з верхніх пластів.

При розкритті похилими стволами з додатковими розкривними виробками ті ж варіанти, що й для вертикальних стволів.

Основний обмежуючий фактор − довжина допоміжного ствола. При значній глибині залягання його роблять східчастим, що знижує ефективність його експлуатації. Допоміжний ствол може бути пройдений набагато крутіше головного. Тому нерідко головний й допоміжний похилі стволи закладаються в різних місцях шахтного поля й мають відокремлені промислові майданчики.

Проходка стволів на пластах корисної копалини застосовується на невеликих шахтах з невеликим терміном служби стволів, із пластами тонкими й середньою потужністю, не схильними до самозаймання.

На рис. 3.8 показана схема розкриття похилими стволами та поверховими квершлагами.

Рис. 3.8. Розкриття пластів похилими стволами і поверховими квершлагами: 1 – похилий ствол; 2 - флангові шурфи; 3 – поверхові квершлаги

Замість поверхових квершлагів можна провести поверхові скати. Їх проводять у тому випадку, коли відстань між пластами невелика.

Матеріали й устаткування на верхні пласти доставляються з відкотного штреку по вугільних скатах з вентиляційного штреку по вентиляційних шурфах за допомогою лебідок.

Застосування конвеєрного чи самопливного транспорту по розкривних виробках, особливо доцільно, коли на розкритому пласті також застосовується конвеєрний транспорт.

Для доставки матеріалів і устаткування скат повинний мати відповідні відділення. Іноді для цих цілей проходиться спеціальний квершлаг, що обладнається рейковим транспортом.

При невеликій глибині від поверхні до пласта й куті залягання пластів до 80 чи горизонтальних застосовують розкриття похилими стволами, які проводяться по породах вхрест простягання (рис. 3.9).

Похилі стволи проводять за звичай під кутом 15-180. Один ствол обладнають конвеєром, другий – канатною відкаткою. По допоміжному стволу надходить свіжий струмінь повітря; для відпрацьованого струменя проводять вентиляційні шурфи на флангах шахтного поля.

Область застосування: немає особливих підстав для жорсткого обмеження розглянутого класу схем розкриття ні кутом падіння пластів, ні їхнім числом у полі, а також і іншими факторами геологічного чи організаційно-технічного характеру, крім глибини горизонту розкриття (600-800 м по вертикалі), у чому вони уступають системам з вертикальними стволами.

Рис. 3.9. Розкриття пластів похилими стволами, які проводяться вхрест простягання пластів: 1 – похилий ствол; 2 – капітальний квершлаг; 3 – вентиляційні шурфи

Переваги: можливість повної конвеєризації доставки вугілля від вибою до місць навантаження його споживачам; велика продуктивність ствола, що обладнаний конвеєром для видачі вугілля; скорочення терміну будівництва шахти й менші, в порівнянні з розкриттям вертикальними стволами, капітальні витрати.

Недоліки: більша, ніж у вертикальних, довжина похилих стволів при розкритті того ж горизонту; невелика пропускна здатність стволів при канатному відкочуванні; більша, ніж у вертикальних стволів, вартість підтримання й обслуговування.

Штольнями розкривають шари, що залягають у районах із сильно пересіченою гористою місцевістю, коли використання вертикальних або похилих стволів технічно неможливо або економічно недоцільно.

При виборі місця розташування штольні необхідно враховувати сукупність наступних факторів: біля устя штольні повинна бути площадка, захищена від селів і достатня для розміщення технічних будинків і споруд; забезпечена можливість підведення залізничної колії, шосейної або канатної підвісної дороги; устя штольні необхідно розташовувати вище рівня максимального підйому води в найближчій водоймі за останні 40—50 років. З іншого боку, штольню варто проводити на такій висотній відмітці, щоб велика частина запасів родовища знаходилася над горизонтом штольні і, отже, могла б бути відпрацьована без підйому вугілля й механічного водовідливу.

На рис. 3.10, а показаний спосіб розкриття пологих пластів двома штольнями: головної та вентиляційної 2. У місцях із суворим кліматом проводять спеціальну водовідливну штольню.

Від, місця перетинання пластів штольнею проводять відкотні штреки. Подальшу підготовку пласстів до очисної виїмки виконують одним з розглянутих способів: поверховим, панельним, погоризонтним. Для провітрювання проводять вентиляційні штольні, шурфи або стволи на відмітках більш високих, чим відкотний горизонт.

На рис. 3.10, б показаний можливий спосіб розкриття штольнями крутого пласта. Запаси, розташовані нижче штольневого горизонту, розкриті сліпими стволами й поверховими квершлагами. Спосіб розкриття родовища штольнями — один із самих економічних і простих.

Рис. 3.10. Схема розкриття пологих (а) і крутих (б) пластів штольнями

Рекомендується до застосування у всіх випадках, коли для цього маються необхідні гірничо-геологічні передумови.

При комбінованому способі розкриття шахтних полів для виконання різних технологічних функцій споруджують неоднотипні основні й допоміжні розкривні виробки.

По технологічному призначенню виділяють чотири комплекси розкривних виробок: вугільний, породний, допоміжний та вентиляційний. Кожен комплекс може виконувати тільки свої безпосередні функції, наприклад скіповий ствол — видавати вугілля, вентиляційний — подавати повітря в шахту. Однак для найбільш раціонального використання розкривна виробка, звичайно виконує кілька технологічних функцій. Наприклад, вертикальний ствол, призначений для спуска, підйому людей, матеріалів і устаткування, служить і для подачі повітря в шахту; по скіповому стволі піднімають на поверхню й вугілля, й породу. Ефективність використання однотипних комплексів з різними розкривними виробками різна. При певному сполученні гірничогеологічних і гірничотехнічних умов для видачі вугілля із шахти комплекс із похилого ствола, обладнаного конвеєрним підйомом, і поверхових квершлагів більш раціональний, чим комплекс із вертикальним стволом і капітальним квершлагом, бремсбергами й уклонами. Найбільш раціональним породним, допоміжним і вентиляційним комплексами є не похилий, а вертикальний ствол з поверховими квершлагами.

Таким чином, комбінований спосіб розкриття — результат синтезу раціональних комплексів виробок з розкриття з різним технологічним призначенням стосовно конкретних умов залягання пластів.

Тепер побудовано ряд шахт, на яких передбачені для видачі гірської маси на поверхню похилі стволи з конвеєрним підйомом. Для допоміжних транспортних операцій, а також для вентиляції споруджують вертикальні стволи й поверхові квершлаги (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Схема комбінованого розкриття шахтних полів похилим і вертикальними стволами

Комбіновані схеми розкриття зустрічаються на старих шахтах у результаті їхньої реконструкції. В інших випадках ці схеми закладають у проекти нових шахт, наприклад, при розкритті пластів з різко мінливими кутами падіння, мульд, куполоподібних покладів, порушених родовищ.

Комбінований спосіб розкриття має ряд переваг у порівнянні з розкриттям вертикальними стволами, обладнаними скіповим підйомом. Забезпечується безперервність (потоковість) транспортування вугілля від очисного вибою до поверхні шахти; підвищується безпека робіт; зменшується здрібнювання вугілля, що особливо важливо при видобутку дорогого енергетичного вугілля, особливо антрацитів.

До недоліків комбінованого способу розкриття відноситься велика довжина похилих стволів у порівнянні з вертикальними, що необхідно особливо враховувати при застосуванні спеціальних способів спорудження стволів по слабких, обводнених, тріщинуватих породах (заморожування, тампонаж порід тощо). Експлуатаційні витрати на підтримку стволів, на транспортування 1 т вугілля стрічковими конвеєрами більше в порівнянні зі скіповим підйомом; збільшується ступінь здрібнювання вугілля при однаковій вертикальній висоті підйому.

Ефективна область застосування комбінованого способу розкриття: річна потужність шахти повинна бути більше 1,5—2 млн т вугілля; глибина ведення гірничих робіт до 400 м; переважно пологих пластів із проходкою стволів під кутом до 170, тому що сучасні стрічкові конвеєри надійно працюють при куті нахилу не більше 180.

Стволи бажано проходити з кутом нахилу, що відповідає куту падіння пласта, щоб уникнути перетинання пластів стволами й залишення охоронних ціликів вугілля на пересічних пластах.

Контрольні питання