ЛЕКЦІЯ 6 _______________

Тема 1.6 підготовка шахтних полів.

Література: с.73-77 [3]. с.17-19 [1].с.73, 112-113 [4].

Для забезпечення раціональної та економічної відробки запасів шахтне поле поділяють на більш дрібні частини. Розрізняють шахтні поля без поділення (рис. 5.1, а) і з поділенням (рис. 5.1, б) на блоки. Блоком називається частина шахтного поля, що має мережу вентиляційних виробок, які забезпечують незалежне провітрювання (повітряподаючим 4 і повітрявідводячим 3 стволами, рис. 5.1, б).

Рис. 5.1. Розподілення шахтного поля

Рис. 5.2. Поділення шахтного поля на крила й горизонти: 1 – ствол; 2 – штрек; 3 – шурф; I і II – відповідно бремсберговий та уклонний горизонти

Поєднує блоки загальний для всього горизонту головний відкотний штрек, по якому здійснюється транспортування вугілля до головних стволів. Підйом корисної копалини й породи здійснюється по головних стволах 1 і 2, що обслуговують всі блоки й з'єднаним між собою магістральним відкаточним штреком. Блок, у межах якого розташовуються головні стволи, називається центральним.

При розробці негоризонтальних пластів шахтне поле по падінню поділяють на горизонти, а по простяганню — на крила. У залежності від розмірів у шахтному полі розташовується два, три й більше горизонти, розмір яких 1000…1500 м. Горизонт (ступінь) — частина шахтного поля, однієї з меж якого по падінню є головний транспортний штрек, а іншої — верхня чи нижня межа шахтного поля. Бічними межами служать бічні межі шахтного поля (рис. 5.2).

Частина шахтного поля, що розташована вище головного відкотного штреку, називається полем за підняттям, а нижче — полем за падінням. Поля за підняттям і падінням обслуговуються відповідно бремсбергами й уклонами. Тому їх також називають бремсберговими й уклонними полями.

Крило — частина шахтного поля (чи горизонту), що розташована по один бік від вертикальної площини, що проводять вхрест простягання пласта, і вона проходить через розкривну (вертикальний чи похилий ствол, капітальний бремсберг чи уклон) виробку.

Кожний з горизонтів додатково поділяють на поверхи, панелі чи стовпи по падінню (підняттю) пласта.

Підготовкою називають проведення підготовчих виробок, які поділяють шахтне поле на частини, котрі забезпечують умови для відроблення виїмкових полів.

На вибір способу підготовки впливають гірничо-геологічні (кут падіння, порушеність, газоносність і водоприплив пластів) і гірничотехнічні (розміри шахтного поля за простяганням, спосіб провітрювання, швидкість проведення підготовчих виробок і заданий обсяг видобутку) фактори.

Сутністю поверхової підготовки є поділення шахтного поля на поверхи, вертикальна висота котрих однакова на всьому простяганні пласта в шахтному полі.

В середині шахтного поля за підняттям пласта проводять капітальний бремсберг із хідниками (рис. 5.3, а). Від капітального бремсберга в обидва боки проводять поверхові відкотні та вентиляційні штреки.

Поверховий спосіб підготовки є універсальним. Застосовується на похилих, круто-похилих і крутих пластах, а на пологих пластах з кутами падіння до 180 він рекомендується при наявності наступних умов: розкритті шахтних полів похилими стволами, які проходять за падінням пласта або порід лежачого боку; розкритті вертикальними стволами, коли потужність шахти може бути забезпечена роботою обмеженою кількістю лав (4...6); на шахтних полях з обмеженими розмірами за простяганням (до 4 км); при розробці дуже газоносних пластів, особливо пластів, небезпечних за несподіваних викидах вугілля й газу або суфлярному виділенню метану.

Якщо пласт в межах шахтного поля або горизонту поділяють за падінням на ділянки, що витягнені за простяганням, то такі ділянки називають поверхами, а засіб підготовки шахтного поля поверхом (рис. 5.4).

Поверх - це частина пласта в шахтному полі, межами якого за падінням є штреки, а за простяганням - межі шахтного поля. Штреки, що обмежують поверх, називають поверховими. Усі поверхи в межах горизонту обслуговуються одним бремсбергом або уклоном, які називаються капітальними. На круто-похилих і крутих пластах на відміну від пологих, кожний поверх обслуговуються своїми квершлагами.

Відстань по лінії падіння пласта міх верхньою й нижньою межами поверху називають похилою висотою поверху. Для пологих і похилих пластів висоту розраховують і при розробці крутих пластів приймають з умов безпечного ведення гірничих робіт.

Крило горизонту має розмір за простяганням порядку 2...2,5 км, а крила поверху за простяганням можна додатково ділити на більш дрібні частини – виїмкові поля. До поділення запобігають тоді, коли похила висота поверху в 2...3 рази перевищує довжину лави.

Виїмкове поле - частина пласта в межах поверху, розробка якого здійснюється із застосуванням ділянкових (проміжних) бремсбергів, скатів і квершлагів. Розмір виїмкового поля за простяганням на пологих пластах знаходиться в межах 750...1500 м, а на крутих - 350 ...600 м.

Виїмковий стовп - частина пласта в межах виїмкового поля, що обмежена за падінням конвеєрним і вентиляційним штреками, а за простяганням - межами виїмкового поля.

Рис. 5.3. Способи поділення шахтного поля на поверхи (а), виїмкові стовпи (б), панелі (в) і комбінована підготовка (г): 1 – головний ствол; 2- допоміжний ствол; 3 - головний відкотний штрек; 4 – бремсберг; 5 – уклон; 6 – виїмкове поле; 7 – виїмковий стовп; I-IV – послідовність відробки поверхів та панелей

Рис. 5.4. Поверхова підготовка шахтного поля: 1 – капітальний квершлаг; 2 – вентиляційний шурф; 3 – відкотний штрек; 4 – капітальний бремсберг; 5 – людський хідник; 6 – вантажний хідник; 7 – просік; 8 – поверховий відкотний штрек; 9 – поверховий вентиляційний штрек; 10 –

пристволовий двір; 11 – виробки, які погашаються

Сутність панельної схеми підготовки полягає в тому, що на рівні пристволового двору проводиться головний відкотний штрек, а після в межах кожної панелі проводять панельні бремсберги (уклони) із хідниками. Кожна панель відробляється частинами за простяганням, які називають ярусами (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Панельна підготовка шахтного поля: 1 – головний панельний відкотний штрек; 2 – панельний бремсберг; 3 - вантажний хідник; 4 – людський хідник; 5 – конвеєрний ярусний штрек; 6 – вентиляційний ярусний штрек; 7 – вентиляційний шурф; 8 – панельний уклон; 9 – вантажний хідник; 10 – людський хідник; 11 –капітальний квершлаг; 12 – пристволовий двір; 13 – головний ствол; 14 – допоміжний ствол.

Застосовується при розробці горизонтальних і пологих пластів з кутами падіння до 18 0 , а в окремих випадках до 250.

Панеллю називається частина шахтного поля, яка обмежена за підняттям і падінням головними штреками, а за простяганням - межами сусідніх панелей межею сусідніх панелей з однієї сторони і межею шахтного поля з іншої.

Панель по падінню поділяють на більш дрібні ділянки, витягнуті по простяганню — яруси. Ярус — частина шару в межах панелі, обмежена виїмковими, ярусними штреками (конвеєрним і вентиляційним).

Розмір панелі за простяганням 2500…3000 м, за падінням до 1200…1500 м (рис. 5.3, в). При розробці свити газоносних пластів і великих розмірів шахтного поля за простяганням (більше 8…10 км) шахтне поле поділяється на блоки. Сутність погоризонтної підготовки полягає в тому, що шахтне поле за падінням поділяється виїмковими виробками на стовпи, які відробляються лавами за падінням (підняттям) (рис. 5.3, б, 5.6).

Підготовка починається з проведення магістральних (головних) штреків на основних горизонтах. Термін служби цих штреків дорівнює часу відробки шахтного поля, а довжина – розміру шахтного поля за простяганням. Погоризонтна схема застосовується при розробці тонких і середньої потужності пластів із кутами падіння до 10-120, а в деяких випадках і до 150.

Комбінований спосіб підготовки. Якщо пласт у межах окремих горизонтів шахтного поля (чи одного горизонту) поділяють на частини різними способами, то такий спосіб підготовки називають комбінованим (рис. 5.3, г). Його застосовують при мінливих геологічних умовах залягання пластів (перемінний кут залягання по лінії падіння, збільшення газовості, виявлення великих геологічних порушень тощо), а також при необхідності збільшення видобутку шахти (особливо при її реконструкції).

Відпрацьовування поверхів у шахтному полі (чи ярусів у панелі) можлива як зверху вниз, так і знизу нагору, тобто в спадному чи висхідному порядку. Основним є спадний порядок відпрацьовування поверхів. На шахтах III категорії і понад категорних за метаном відпрацьовування повинне виконуватися тільки в спадному порядку.

На шахтах I і II категорії поверхи, що розташовані в бремсберговій частини шахтного поля, можуть відпрацьовуватися у висхідному порядку.

Панелі в бремсберговому полі рекомендується відпрацьовувати послідовно в напрямку від центра шахтного поля до його меж, тобто прямим ходом, а в уклонному полі — у зворотному напрямку. При такому (комбінованому) способі в період будівництва шахти вводять в експлуатацію найближчі до стволів панелі, чим забезпечується скорочення термінів будівництва й первісних капітальних витрат. Відпрацьовування ж уклонних панелей можливі зворотним ходом, тому що головний відкотний штрек буде вже проведений, а пласт дорозвідан до меж шахтного поля.

Рис. 5.6. Погоризонтна підготовка шахтного поля: 1 – головний польовий відкотний штрек; 2 – пластовий штрек; 3 – проміжний квершлаг; 4 – вентиляційний хідник; 5, 6 – конвеєрні бремсберги; 7 – вентиляційний пластовий штрек; 8 – вентиляційний польовий штрек; 9 – вентиляційний шурф

Поверх у шахтному полі (чи ярус у панелі) може відпрацьовуватися прямим чи зворотним ходом. Якщо запаси поверху відпрацьовують від капітального бремсберга (уклону) у напрямку границь шахтного поля, то такий порядок називають відпрацьовуванням поверху прямим ходом (рис. 5.7, а), а якщо від границь шахтного поля до бремсберга (уклону) — відпрацьовуванням поверху зворотним ходом (рис. 5.7, б).

Рис. 5.7. Порядок відробки поверхів (ярусів): а – прямий; б – зворотний; 1 – конвеєрний бремсберг; 2 – хідники; 3 – поверховий відкотний штрек; 4 – поверховий вентиляційний штрек

Кожному порядку відпрацьовування поверхів (ярусів) належать свої переваги й недоліки. Так, відпрацьовування поверху прямим ходом дозволяє швидко почати очисні роботи. Для цього необхідно провести транспортний і вентиляційний штреки усього лише на кілька десятків метрів від бремсберга (уклону) і з'єднати їх розрізними печами. Однак у цьому випадку штреки, проведені по пласту, постійно знаходяться під дією посиленого тиску обвалених гірських порід, викликаного очисними роботами. Особливо складні умови створюються у вентиляційних штреках, вище і нижче яких (крім першого) знаходиться вироблений простір. Штреки приходиться постійно ремонтувати, для їхньої охорони залишати цілики вугілля. У результаті витрачаються значні кошти на ремонт, збільшуються втрати корисної копалини.

Недоліком відпрацьовування прямим ходом є і те, що вибої лави і відкотного штреку розташовуються порівняно близько один від одного, що зумовлює взаємні перешкоди в роботі підготовчого вибою й навантажувального пункту лави. При непередбаченій зустрічі геологічного непереходимого порушення проведення штреку припиняється. За цей час лава, підійшовши до порушення, виходить з числа діючих.

При недоліку чи відсутності резервних лав це приводить до зниження видобутку вугілля на шахті.

При відпрацьовуванні поверху прямим ходом відбуваються витоки повітря через вироблений простір, що погіршує провітрювання, а іноді вимагає й зупинки лави через придуху.

Зазначені недоліки усуваються при відпрацьовуванні поверху зворотним ходом: поліпшуються умови підтримки штреків, зменшуються витоки повітря. Відсутність робіт із проведення штреків поблизу очисних вибоїв дозволяє більш інтенсивно й ритмічно вести очисні роботи й збільшити навантаження на лаву.

Однак і відпрацьовуванню зворотним ходом належать недоліки: збільшуються первісні витрати, терміни будівництва шахти й обсяг проведених підготовчих виробок; виникають труднощі у відновленні відкотних штреків у якості вентиляційних при відпрацьовуванні розташованого нижче поверху, кріплення яких сильно деформується за лавою; обмежується навантаження на лаву за газовим фактором.

Застосовувати відпрацьовування поверху зворотним ходом рекомендується при потужності пласта більше 0,7—0,9 м, розмірах крила шахтного поля (чи панелі) по простяганню не більше 2 км, а також при помірному виділенні метану. Недоцільно відпрацьовувати поверх зворотним ходом у наступних випадках: при застосуванні в шахті прямоточного провітрювання, коли вихідний струмінь повітря надходить у вентиляційний ствол, розташований у меж шахтного поля; при заляганні пласта в породах, схильних до здимання; на викиднебезпечних пластах, а також при підготовці пластів польовими штреками.Яруси в панелі відпрацьовуються так само, як поверхи в шахтному полі.

Пласти в свиті можуть відпрацьовуватися одночасно чи послідовно. Одночасне відпрацьовування великого числа пластів викликає значну розкиданість гірничих робіт. Послідовне відпрацьовування пластів у свиті по одному забезпечує високу концентрацію гірничих робіт, однак не завжди є раціональною й бажаною. При рішенні питання про число одночасно розроблювальних пластів необхідно враховувати їх зближеність, марки, якість вугілля, наявність викидо - і ударонебезпечних пластів тощо.

При сучасному рівні механізації очисних робіт і навантаженнях на вибій можна приймати до одночасної розробки 2…3 пологих і до 10…12 крутих вугільних пластів. Ця різниця порозумівається тим, що на пологих пластах маються більш широкі можливості для розміщення фронту очисних вибоїв, чим на крутих. Істотно вище й навантаження на лаву через широке застосування засобів комплексної механізації.

При однаковому видобутку число одночасне розроблювальних пологих пластів на антрацитових шахтах менше, ніж на вугільних. Це порозумівається більш сприятливими умовами розробки антрацитових пластів. Крім того, середня щільність антрациту на 20 % вище, ніж кам’яного вугілля. У сукупності цих факторів навантаження на лаву на антрацитових пластах на 50—70 % вище, ніж на вугільних.

При розробці крутих пластів уводять поняття “коефіцієнт одночасності”, тобто число, що показує, яка частина сумарної потужності пластів у свиті використовується одночасно, забезпечуючи проектну потужність шахти. Він не повинний перевищувати 0,75, а при наявності більше 50 % пластів, небезпечних з раптових викидів вугілля й газу — 0,6. При цьому запасів вугілля в межах поверху має бути достатнім для ведення робіт не менше ніж на 8…10 років.

Пласти свити можуть розроблятися в спадному, висхідному чи змішаному порядку. При спадному порядку виїмка пластів починається з верхнього. При цьому відбувається надробка нижніх пластів, що виявляється в збільшенні гірського тиску на кріплення виробок. Вплив надработки поширюється на обмежену глибину (рис. 5.8).

При висхідному порядку першим виробляється нижній пласт. При цьому відбувається підробіток верхнього пласта, що виявляється в різній формі: опусканні

Рис. 5.8. Порядок розробки пластів в свиті: а – низхідний; б – висхідний масиву, утворенні тріщин, осушенні й дегазації верхніх пластів тощо.

Вплив підробітку позначається при будь-якій відстані між пластами. При зближеному їхньому заляганні деформації можуть бути настільки істотними, що розробка підроблених пластів стає неможливою.

При змішаному порядку першим відпрацьовується один із середніх пластів свити.

Якщо пласти можна розробляти в будь-якій послідовності, то вони вважаються незалежними. Пласти, для раціональної розробки яких необхідно враховувати їхнє спільне залягання, називаються зближеними.

Основним вважається спадний порядок розробки пластів.

Розрізняють пластову, польову й пластово - польову, а також індивідуальну й групову підготовку пластів.

При пластовій індивідуальній підготовці всі виробки, включаючи й основні, проводять і підтримують по кожному із пластів. При польовій підготовці основні виробки (головні штреки, бремсбреги, уклони) проводять по пустих породах.

При пластово-польовій підготовці основні й поверхові штреки проводять по пустих породах на деякій відстані від пласта, а допоміжні — по пласту. Для з'єднання польової виробки з пластовими додатково проводять квершлаги чи гезенки. Пластово-польова підготовка знаходить широке застосування при розробці потужних пластів, особливо, якщо вони схильні до самозаймання, оскільки дозволяє знизити втрати вугілля в ціликах, що залишаються для охорони пластової виробки.

При груповій підготовці основні виробки (звичайно з тривалим терміном служби) проводять загальними для групи чи всіх розроблювальних пластіів. Вони можуть бути польовими чи пластовими.

Контрольні питання