6.3. Комбинированные системы разработки

Комбинированные системы разработки представляют собой комбинацию элементов и признаков сплошной и столбовой систем разработки или комбинацию двух систем разработки. В частности, комбинированная система разработки парными штреками представляет собой комбинацию сплошной системы и системы длинных столбов по простиранию.

Особенностью комбинированных систем разработки является почти полное отсутствие работ, связанных с заблаговременным проведением подготовительных выработок в угольном массиве. Основной способ охраны подготовительных выработок — бутовыми полосами или другими искусственными сооружениями.

При комбинированной системе разработки (парными штреками) с отработкой панели в нисходящем (восходящем) порядке выемку ярусов производят через один в направлении от бремсберга к границам выемочного поля, т.е. как при сплошной системе разработки. Штреки в этом случае с одной стороны защищены массивом полезного ископаемого, а с другой — бутовой полосой.

При подходе очистных работ к границе выемочного участка в массиве угля проходят разрезные печи, и полученные таким образом столбы отрабатывают по принципу выемки длинных столбов по простиранию. Длина лавы при этом составляет 150—250 м, длина выемочного участка 1000-1300м. В работе одновременно могут находиться четыре лавы: две лавы прямого хода и две обратного. Число ярусов в панели принимают четное (4-6 и т.д.).

Достоинства: рассмотренная система разработки обеспечивает быстрое развитие фронта очистных работ, эффективное проветривание лав обособленной струей, небольшие потери угля из-за отсутствия целиков, охраняющих выемочные штреки.

Недостатки: неполное использование фронта очистных работ, интенсивное воздействие горного давления на штреки и их сопряжения с лавой, высокая трудоемкость выкладки бутовых полос , трудность проветривания тупиковой части забоя; длина лавы в зависимости от газоносности разрабатываемого пласта - не более 100-150м; сложность доставки материалов и оборудования в лаву.

Область применения - тонкие и средней мощности (до 1,5м) пласты с углом падения не более 15°, любой газоносности, с устойчивыми и средней устойчивости вмещающими породами, без значительных геологических нарушений.

6.4. Системы разработки с короткими забоями

К группе систем разработки с короткими забоями относят системы, длина очистных забоев которых не превышает 20м. При применении этих систем все процессы очистной выемки упрощаются, в результате чего значительно увеличивается скорость подвигания забоев. Эти обстоятельства позволяют достичь высокой нагрузки на пласт. Вместе с тем системы разработки с короткими забоями имеют недостаток — большие потери угля в недрах.

Можно выделить следующие виды систем разработки с короткими очистными забоями: камерные; короткими столбами и др.

При камерных системах разработки основным элементом системы является камера. Выемка камер производится прямым ходом, обратным или перпендикулярно к длинной оси камеры (поперечная выемка). Они располагаются по простиранию, падению (восстанию) и диагонально и крепятся с использованием штанговой крепи, так как поддержание кровли осуществляется целиками угля или породы кровли совсем не крепятся. Таким образом, угольные целики - второй важный элемент камерных систем разработки.

Устойчивость целиков зависит от прочностных свойств угля, мощности пласта и условий его залегания. К основным параметрам камерных систем разработки относятся: ширина целиков, ширина и длина камер, размеры выемочных участков, число одновременно отрабатываемых камер.

Характерной особенностью систем разработки короткими столбами является деление выемочного поля подготовительными выработками на столбы, имеющие форму, близкую к квадрату. Отработку столбов производят отдельными камерами с оставлением между ними целиков угля. Крепление или полностью отсутствует, или выполняется в минимальном объеме.

Системы разработки с короткими забоями применяются на горизонтальных и пологих пластах мощностью от 1,5 до 3,5м, залегающих на глубине до 300 м, при газоносности их не более 10 м³/т, а также на пластах, не опасных по горным ударам.

Камерная система разработки получила широкое распространение в США, Канаде, Австралии и ЮАР. На долю этой системы в США приходится около 63%, ЮАР - 58%, Австралии - 53% всей подземной добычи угля. Камерные системы разработки применяются в основном там, где отмечаются благоприятные горно-геологические условия залегания угольных пластов. Они характеризуются стабильной мощностью, почти горизонтальным залеганием при выдержанной гипсометрии, относительно небольшой глубиной залегания, малой газо- и водообильностью и отсутствием существенных геологических нарушений в пределах шахтных полей.

При камерной системе от главных или панельных штреков вначале проводят так называемые горловины - узкие выработки шириной 2 м и длиной 3-5м. Далее выработку расширяют до 4-12м (принятая ширина камер). Очистной забой камеры подвигают до границы шахтного поля, этажа или панели. Между камерами оставляют междукамерные целики шириной 3-5м. При определенном для конкретных горно-геологических условий соотношении ширины камер и целиков полностью исключается или уменьшается объем работ по креплению. Для поддержания кровли в камерах часто применяют штанговую крепь.

Камеры можно проводить перпендикулярно к главным или панельным штрекам и под некоторым углом к ним. Для последовательной вентиляции камер их сбивают сбойками.

Уголь в самоходных вагонах доставляется на сборный участковый штрек и разгружается на ленточный конвейер, которым он транспортируется к панельному штреку для погрузки в вагонетки. Одним из эффективных методов подземной разработки угольных месторождений в США считается непрерывная выемка с применением угольных комбайнов. Комбайны в камерах работают при углах падения пластов до 10°. Для крепления очистных камер применяют штанговую крепь.

Достоинством камерных систем разработки является большая производительность при отработке камер и простота способа управления горным давлением.

К недостаткам камерных систем разработки относятся большие потери угля (в некоторых случаях достигающие 50%), опасность эндогенных пожаров, для борьбы с которыми приходится производить закладку или заиливание выработанного пространства, и в ряде случаев сложные условия проветривания забоев очистных и подготовительных выработок.

Камерно-столбовая система разработки является комбинацией камерных и столбовых систем. Вначале проводят камеры, которыми нарезают междукамерные столбы, отрабатываемые обратным порядком. В связи с этим при камерно-столбовых системах разработки используются два типа забоев: камеры и заходки. Из забоев камер добывают 25-50%, а из заходок, погашающих столбы, - 50-75% извлекаемого угля. Целики обычно извлекаются не полностью, но потери при камерно-столбовой системе разработки, как правило, меньше, чем при камерной, и составляют 25-30%, а в отдельных случаях 12-18%.

При камерно-столбовой системе разработки, когда ширина камер составляет 4-12м, ширину междукамерных целиков принимают равной 4-15м. Проведение камер начинают с горловины. При двустороннем расположении камер их длина равна 80-100м. Таким образом, камерами нарезают длинные столбы, которые затем вынимают обратным ходом на всю его ширину или отдельными заходками. В последнем случае теряется больше полезного ископаемого и не устраняется опасность возникновения эндогенных пожаров.

Уголь в камерах и столбах вынимают буровзрывным и механическим способами. По мере выемки в камерах со стороны горловины наращивают конвейер, который используют и при выемке столбов. Ширина камер зависит от горного давления.

Область применения — горизонтальные и пологие пласты мощностью 1,5-3,0м с относительно устойчивыми породами кровли, не склонными к горным ударам, и низкой газоносностью.

Достоинством камерно-столбовой системы разработки по сравнению с камерной является сокращение потерь угля.

Недостатком следует считать более низкую производительность труда.

Областью эффективного применения камерно-столбовой системы разработки в России следует считать запасы угля на участках неправильной формы, в выемочных столбах с ограниченными запасами угля и на участках с невыдержанной мощностью пластов, где применение длинно-столбовой системы разработки экономически не эффективно. По мере накопления опыта, совершенствования технологии выемки угля камерами и доведения потерь угля до 10-15 % камерно-столбовые системы могут применяться на участках, пригодных для отработки длинными столбами.