Лекция 3. ВСКРЫТИЕ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

3.1. Общие понятия. Классификация способов вскрытия

Вскрытием шахтного поля называется проведение выработок, открывающих доступ с поверхности к шахтному полю и обеспечивающих возможность ведения работ по его подготовке.

Все вскрывающие выработки по их назначению разделяются на главные и дополнительные (вспомогательные).

К главным относятся выработки, имеющие выход на дневную поверхность и предназначенные для вскрытия всего шахтного поля и технологической связи между рабочими горизонтами и поверхностью. К ним относятся: вертикальные стволы, наклонные стволы и штольни.

К дополнительным относятся выработки, не имеющие выхода на дневную поверхность и предназначенные непосредственно для вскрытия и обслуживания отдельных частей шахтного поля. К ним относятся: квершлаги, слепые стволы и гезенки, как вертикальные, так и наклонные.

В зависимости от того, какую часть шахтного поля обслуживают дополнительные вскрывающие выработки, они подразделяются на капитальные, погоризонтные, этажные и панельные. Если квершлаг (или гезенк) обслуживает все шахтное поле, он называется капитальным. Если же обслуживает горизонт, этаж или панель, то соответственно носит название погоризонтный, этажный, панельный.

На практике из-за разнообразия горно-геологических условий вскрытие шахтного поля может осуществляться сочетанием различных главных и дополнительных выработок, что и предопределяет различные способы вскрытия. Таким образом, способ вскрытия шахтного поля — это комплекс выработок, открывающих доступ с поверхности к шахтному полю и обеспечивающих технологическую связь (транспорт, водоотлив, вентиляцию и др.) между пластами и поверхностью.

3.2. Требования, предъявляемые к способам вскрытия

К способам вскрытия шахтного поля предъявляются такие требования:

- обеспечение безопасности работ, например, в части устройства выходов на дневную поверхность из подземных выработок, исключения возможности подтопления шахты ливневыми и паводковыми водами;

- минимальный объем вскрывающих выработок;

- минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие;

- быстрый ввод шахты (или горизонта при реконструкции) в эксплуатацию;

- обеспечение хороших условий работы подземного транспорта: однотипность, отсутствие многоступенчатости;

- обеспечение эффективного проветривания шахты;

- возможность периодически производить техническое обновление горного хозяйства шахты, например, путем углубки стволов;

- минимальные эксплуатационные расходы на транспорт, водоотлив, поддержание выработок и проветривание.

Перечисленные требования понятны и не требуют пояснений.

3.3. Факторы, влияющие на выбор способа вскрытия

Основными факторами, влияющими на выбор способа вскрытия, являются:

горно-геологические — мощность и угол падения пластов; число пластов в шахтном поле и расстояния между ними; мощность наносов, наличие в них плывунов и рельеф поверхности; глубина залегания пластов и их газоносность; нарушенность месторождения и др.;

горнотехнические — производственная мощность шахты, размеры шахтного поля, способ подготовки и системы разработки, уровень развития горнопроходческой техники и др.

Конкретно влияние перечисленных факторов проявляется в следующем.

Чем больше суммарная мощность разрабатываемых пластов, тем интенсивнее оседания поверхности. Для защиты зданий и сооружений, а также стволов от подработки приходится оставлять больших размеров охранные целики, что приводит к значительным потерям угля. Чтобы снизить потери иногда приходится располагать стволы за пределами шахтного поля, что приводит к увеличению объема проведения вскрывающих выработок. Мощность пластов и их взаимное расположение в свите предопределяет выбор места расположения главного ствола по линии вкрест простирания пород.

При горизонтальном или близком к нему залегании свиты пластов исключается возможность применения вскрытия горизонтальными квершлагами, наиболее удобными в эксплуатации. Приходится применять менее удобные в работе наклонные квершлаги или гезенки, при которых усложняется вспомогательный транспорт. На крутых и крутонаклонных пластах из-за сложности вспомогательного транспорта по наклонным выработкам почти всегда применяется вскрытие этажными погоризонтными квершлагами, при котором наклонные подготавливающие выработки не проводятся, а большое число горизонтов в шахтном поле обусловливает необходимость производить периодически углубку стволов и подготовку новых горизонтов.

Чем больше пластов в шахтном поле и больше расстояния между ними, тем больше длина дополнительных вскрывающих выработок. В таких случаях приходится решать вопрос, что лучше — проводить ли большой длины горизонтальные квершлаги, имеющие эксплуатационные преимущества, или проводить более короткие наклонные квершлаги или гезенки, но более трудоемкие в проведении и дорогостоящие в эксплуатации.

Наносы, как правило, являются рыхлыми неустойчивыми породами. Для поддержания выработок в таких породах требуется возведение специальных крепей, например, железобетонных или тюбинговых. Наносы часто бывают обводнены, содержат гидрофильные коллоиды, что предопределяет их большую подвижность (плывучесть). Для проведения выработок по ним применяются специальные дорогостоящие способы проходки, например, с замораживанием пород. По этим причинам при мощных наносах нецелесообразно производить вскрытие шахтного поля наклонными стволами.

Рельеф поверхности влияет на выбор места расположения промплощадки под строительство шахты и, естественно, главных стволов, что может не совпадать с их оптимальным расположением и приводить к дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. В гористой или холмистой местности возможно вскрытие шахтного поля наиболее дешевым способом — штольнями.

Чем больше глубина залегания пластов, тем больше затраты на вскрытие и тем выше удельные затраты на строительство шахты. Для снижения удельных затрат увеличивают запасы в шахтном поле путем увеличения его размеров, а это обусловливает необходимость разделения шахтного поля по простиранию на блоки и вскрывать их самостоятельными вскрывающими выработками. Такой способ вскрытия получил название блочного. Большая глубина исключает применение вскрытия наклонными стволами.

Большое влияние на выбор способа вскрытия шахтного поля имеет газоносность пластов. С возрастанием газоносности требуется подавать в шахту большее количество воздуха, а это приводит к необходимости увеличивать сечения вскрывающих выработок либо проводить дополнительно вентиляционные или воздухоподающие стволы или применять блочное вскрытие.

Нарушенные месторождения, характеризующиеся наличием сбросов, сдвигов, надвигов, изменением углов залегания пластов и др., вскрываются, как правило, комбинированными способами. Количество и виды вскрывающих выработок и места их расположения определяются в каждом конкретном случае, учитывая характер нарушения, руководствуясь при этом достижением наименьших потерь угля, надежностью проветривания всех его частей и минимальными затратами на капитальные работы и эксплуатацию.

Чем выше производственная мощность шахты, тем большее количество воздуха для проветривания необходимо подавать в шахту, а это часто вызывает необходимость проведения дополнительно вентиляционных стволов. Кроме того, возрастает объем работы вспомогательного транспорта. Наклонные стволы с канатным подъемом не могут справиться с большим объемом вспомогательных работ. Более предпочтительными для этих целей являются вертикальные стволы. Вместе с тем для выдачи угля на особо крупных шахтах используются наклонные стволы, оборудованные высокопроизводительными ленточными конвейерами. Отсюда возникает необходимость применения комбинированных способов вскрытия для крупных шахт — вертикальными и наклонными стволами.

При больших размерах шахтного поля по простиранию для обеспечения надлежащего проветривания часто проводятся фланговые вентиляционные стволы и дополнительные выработки (квершлаги) для соединения с пластами. При значительных размерах шахтного поля по падению применяют многогоризонтные способы вскрытия.

Вскрытие шахтного поля наклонными стволами, пройденными по пласту или по породе параллельно напластованию, применяется почти исключительно при этажной подготовке, а при проведении наклонных стволов вкрест простирания применяется также и при панельной и погоризонтной подготовке.

При комбинированных системах разработки с прямоточным проветриванием на флангах панели или шахтного поля проводятся фланговые наклонные вентиляционные выработки и нередко фланговые вентиляционные стволы и квершлаги, что и предопределяет особенности вскрытия шахтного поля.

Высокопроизводительная горнопроходческая техника позволяет проводить высокими темпами выработки и снижать стоимость их проведения, что дает возможность применять более совершенные способы вскрытия. Например, в Германии освоено проведение вертикальных гезенков большого сечения методом бурения, что позволило широко применять способ вскрытия погоризонтными квершлагами и этажными гезенками, при котором отпадает необходимость в проведении бремсбергов, уклонов и ходков по пластам. В свое время отсутствие в нашей стране высокопроизводительной техники создавало трудности в углубке стволов и подготовке новых горизонтов. Поэтому широко применялось одногоризонтное вскрытие со ступенчатыми уклонами со всеми их недостатками.