Лекция 4. Подготовка шахтных полей

4.1.1. Общие понятия

Способом подготовки называется комплекс подготавливающих выработок, обеспечивающих разделение шахтного поля на части и служащих для транспортных, вентиляционных и других технологических связей между очистными забоями и вскрывающими выработками.

К подготавливающим выработкам относятся: капитальные и панельные бремсберги и уклоны с ходками при них, главные, магистральные, этажные и ярусные штреки, а также фланговые вентиляционные и воздухоподающие выработки. Подготавливающие выработки могут проводиться по пласту или на некотором расстоянии от него по пустым породам для лучшей устойчивости, что широко применяется на больших глубинах, при слабых боковых породах пласта, склонности его к внезапным выбросам и самовозгоранию угля.

4.1.2. Требования, предъявляемые к способам подготовки

К выбору способа подготовки шахтного поля предъявляются следующие требования:

- рациональное размещения запланированного фронта очистных забоев;

- возможность применения прогрессивных систем разработки;

- минимальный объем подготавливающих выработок;

- минимальные первоначальные затраты на подготовку;

- быстрый ввод шахты в эксплуатацию;

- простота и надежность работы транспорта и вентиляции.

Первые два требования являются основными. Так, при числе лав на пласте свыше 4-х этажная подготовка не обеспечит их нормальное размещение и транспортное обслуживание. В таком случае предпочтительнее панельная подготовка, при которой также упрощается применение прогрессивной столбовой и комбинированной систем разработки.

4.1.3. Факторы, влияющие на выбор способа подготовки

На выбор способа подготовки шахтного поля оказывают влияние следующие факторы:

горно-геологические: мощность и угол падения пласта, наличие крупных геологических нарушений в шахтном поле, направление основной системы трещин в породах кровли пласта и его обводненность;

горнотехнические: размер шахтного поля по простиранию, количество очистных забоев, которое надо разместить в пласте; технология ведения очистных и подготовительных работ.

Мощность пласта играет роль в том отношении, что при проведении подготавливающих выработок по пласту без подрывки вмещающих пород (при мощности свыше 3,0–3,5) упрощается их проведение, повышаются темпы проходки и сокращаются сроки подготовки, что в сочетании с высокой нагрузкой на очистной забой на пластах такой мощности позволяет применять простую этажную подготовку вместо, например, панельной. Этим объясняется широкое применение этажной подготовки на шахтах Карагандинского бассейна, где преобладают пласты мощностью 1,5–3,0 м. Около 65% всех очистных забоев работают там при этажной подготовке.

Угол падения оказывает существенное влияние на выбор способа подготовки. Так, при углах падения пласта до 10° возможна выемка лавами по восстанию и падению, что позволяет применять эффективный погоризонтный способ подготовки. Угол падения также ограничивает применение конвейерного транспорта угля. Поэтому при углах до 25° целесообразна панельная подготовка со сплошной конвейеризацией, а при углах свыше 25° — этажная. При горизонтальном или близком к нему залегании пластов целесообразно применение способа подготовки главными штреками.

Наличие крупных геологических нарушений в шахтном поле осложняет или делает нецелесообразным их переход очистными забоями, что вынуждает делить поле на отдельные части с границами, приуроченными к этим нарушениям. В Донбассе большинство нарушений ориентировано по падению пластов. Это обусловливает деление шахтного поля по простиранию на панели, т.е. возникает необходимость применения панельного способа подготовки.

Направление основной системы трещин влияет на ориентацию очистных забоев, поэтому при слабых породах кровли пласта для предупреждения их обрушения в призабойной зоне очистной забой надо стремиться располагать перпендикулярно к основной системе трещин. Например, если угол падения пласта позволяет применять погоризонтную подготовку, а система трещин ориентирована по простиранию, то может оказаться (при слабых породах кровли), что более целесообразным в данном случае будет этажный или панельный способ подготовки с выемкой лавами по простиранию.

Обводненность пластов также влияет на ориентацию очистных забоев. В связи с этим, на обводненных пластах для предупреждения попадания воды в очистной забой желательна выемка лавами по восстанию. Если же угол падения пласта на несколько градусов превышает предельно допустимые 10°, то возможно отработку производить диагональными столбами таким образом, чтобы пространственный угол линии забоя не превышал 10°, обеспечивая при этом возможность применения эффективного погоризонтного способа подготовки. В сочетании с мощностью пласта его обводненность также существенно влияет на выбор способа подготовки. Так, при мощности свыше 2 м и углах падения пласта до 10° выемку рекомендуется производить лавами по падению, т.е. применять погоризонтную подготовку, однако при обводненности пласта это недопустимо, отработку необходимо вести по простиранию, т.е. применять другой способ подготовки.

При больших размерах шахтного поля по простиранию резко возрастают затраты на поддержание этажных штреков, усложняется проветривание очистных забоев. В таких случаях целесообразно применять панельный способ подготовки.

Для эффективного использования высокопроизводительных комплексов необходимо заблаговременно производить подготовку выемочных участков-столбов, что проще осуществить при панельной подготовке по сравнению с этажной. При этом существенное влияние оказывает наличие высокопроизводительной проходческой техники, обеспечивающей скоростное проведение выработок, а это, в свою очередь, позволяет увеличить размеры панели по простиранию и при благоприятных условиях (соответствующей мощности пласта и сравнительно небольших размерах шахтного поля) применять этажную подготовку.

Перечисленные факторы, как видим, по-разному влияют на выбор способа подготовки шахтного поля, нередко исключая друг друга. Поэтому задача горного инженера и состоит в том, чтобы всесторонне учесть это множество условий и принять лучшее решение.