Особенности вскрытия шахтных полей на больших глубинах

В Донбассе к глубоким шахтам относятся шахты с глубиной работ на пологом падении более 600 м, а на крутом более 700 м. С увеличением глубины разработки возрастает горное давление на крепь горных выработок, увеличивается пластичность вмещающих горных пород, что приводит к увеличению деформаций крепи выработок. Вышесказанное обуславливает необходимость проведения выработок с увеличенным сечением на 20-25% по сравнению с требуемым ПБ. Это приводит к увеличению стоимости проведения выработок. С целью уменьшения затрат на поддержание выработок их необходимо проводить в прочных горных породах. На многих шахтах Донбасса на глубине свыше 800 м. песчаники являются выбросоопасными. В результате резко снижаются темпы проведения выработок и увеличивается стоимость их сооружения. Несмотря на это, выработки с большим сроком службы необходимо проходить по песчаникам.

Повышение температуры вмещающих пород с увеличением глубины разработки требует проведения выработок завышенным сечением, проведения дополнительных воздухоподающих и вентиляционных скважин или стволов, применения секционной схемы проветривания при блоковом типе шахты.

СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

После вскрытия шахтного поля приступают к проведению подготавливающих горных выработок, т.е. к подготовке шахтного поля. Существуют следующие способы подготовки шахтных полей: этажный , панельный, погоризонтный и комбинированный.

При всех выше перечисленных способах подготовки могут быть различные схемы вскрытия шахтных полей. Рассмотрим этажный способ подготовки при вскрытии шахтного поля вертикальными центрально-сдвоенными стволами и капитальным квершлагом.

3.1 Этажный способ подготовки шахтного поля

Для простоты изображения все выработки показаны в одну линию, рисунок способа подготовки шахтного поля развернут на 90 градусов (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Этажный способ подготовки шахтного поля

Суть этажного способа подготовки заключается в том, что запасы бремсберговой части шахтного поля отрабатываются на капитальный бремсберг, а запасы уклонной части – на капитальный уклон. Шахтное поле по падению делится на этажи. Границами этажа являются по восстанию этажный вентиляционный, по падению – этажный откаточный штреки, а по простиранию- границы шахтного поля. Иногда этаж делится на подэтажи. Тогда высота этажа увеличивается в два, три раза. Для этого проводятся дополнительные промежуточные бремсберги с ходками. При этом увеличивается добыча с пласта, но резко усложняются схемы транспорта и проветривания, увеличиваются затраты на проведение и поддержание горных выработок. Как правило, в Донбассе по падению в этаже располагается одна лава.

Проветривание лав верхнего пласта осуществляется по следующей цепочке: свежая струя воздуха идет по клетевому стволу 1, по квершлагу 3, по коренному штреку 4, по грузовому ходку 5, по откаточному этажному штреку 8, омывает лаву 9; исходящая струя идет по вентиляционному этажному штреку 10, по людскому ходку 6, по участку вентиляционного штрека первого этажа, по вентиляционному квершлагу 11 и по вентиляционному стволу 12 выходит на поверхность.

По скиповому стволу 2 идет исходящая струя от проветривания склада ВВ, электровозного гаража и водотрубного ходка.

ДОСТОИНСТВА: малое количество наклонных выработок, простота схемы транспорта.

НЕДОСТАТКИ: малое количество лав на пласте, а, следовательно, малая добыча с пласта. Так как угол залегания пласта по простиранию изменяется, то изменяется и высота этажа, штрек изгибается. Эти факторы не позволяют применить по штрекам ленточные конвейера. Уголь транспортируется в вагонетках. Производительность локомотивного транспорта значительно ниже, чем конвейерного. Изменение длины лавы приводит к необходимости сокращения или увеличения длины механизированного комплекса в лаве, что затрудняет ритмичную работу лавы и увеличивает производственные затраты.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: этажный способ подготовки применяется на крутонаклонных и крутых пластах, а на пологом падении при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию – при S£4-5км, при любом газовыделении, включая пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа.

При отработке уклонной части шахтного поля необходимо иметь два коренных штрека и два квершлага. По одному идет свежая, по второму – исходящая струя воздуха.

3.2 Панельный способ подготовки шахтного поля

Рассмотрим панельный способ подготовки при вскрытии пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами. При этом рассмотрим один пласт при делении шахтного поля по падению на 3 выемочных ступени, а по прастиранию на 2 панели, т.е. всего на 6 панелей. Число панелей может быть другим.

Рисунок 3.2 – Панельный способ подготовки шахтного поля

Размер панелей по падению равен размеру выемочной ступени по падению (Н_бр. и Н_укл.). Согласно НТП S_п 2,5-3км, Н_п 1200-1500м. В отличие от этажного способа подготовки при панельном способе запасы каждой панели отрабатываются на свои панельные бремсберги или уклоны. Одновременно в работе могут находится 2 и более панелей. Поэтому добыча из пласта по сравнению с этажным способом будет в 2 - 3 раза больше. Это является значительным ПРЕИМУЩЕСТВОМ. Кроме этого к преимуществам относятся (при прочих равных условиях) следующие моменты: в связи с меньшей длиной крыла панели легче осуществить полную конвейеризацию угля, легче проветрить тупиковые выработки при их проведении, уменьшаются затраты на поддержание выемочных штреков.

НЕДОСТАТКИ: большее количество наклонных выработок, большие затраты на их проведение.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: Применяется на пологом падении (при угле падения до 25 градусов), при размере шахтного поля по простиранию более 4-5 км, при любой газообильности.

Панельный способ подготовки является более перспективным, чем этажный. Панели по падению делятся на ярусы. Как правило, в ярусе располагается по падению одна лава, а в панели – две лавы.

Ярусы, как и этажи, по простиранию могут отрабатываться обратным ходом (смотри правую панель) или прямым ходом (см. левую панель). По падению ярусы и этажи отрабатываются, как правило, в нисходящем порядке, т.е. сверху вниз. Восходящий порядок допускается при отработке запасов бремсберговой части шахтного поля на шахтах не выше II категории по газу. В уклонной части шахтного поля в любых условиях отработка ярусов или этажей производится в нисходящем порядке. При этом исключается возможность поступления метана из ниже расположенных выработанных пространств в отрабатываемые лавы (в случае восходящего порядка отработка ярусов или этажей), уменьшаются затраты на поддержание наклонных выработок. В уклонной части шахтного поля при применении восходящего порядка необходимо будет поддерживать уклон с ходками в выработанном пространстве, производить откачку воды все время с максимальной глубины. Кроме того в случае прирезки запасов при отработке ниже расположенных лав не исключены прорывы воды в них из выработанного пространства.

Порядок отработки панелей согласно НТП следующий: в бремсберговой части шахтного поля сначала отрабатываются центральные, а затем крайние панели, т.е. порядок отработки запасов прямой - от центра шахтного поля к границам. В уклонной части шахтного поля сначала отрабатываются крайние, а затем центральные панели. При этом уменьшаются время и затраты на строительство шахты, а также затраты на поддержание главных (коренных) штреков.

3.3 Погоризонтный способ подготовки шахтного поля

При этом способе подготовки шахтное поле делится на выемочные участки, вытянутые по восстанию или падению. Лавы располагаются по простиранию, а отработка выемочных участков производится в бремсберговой части шахтного поля по падению от центра шахтного поля к его границам, а в уклонной части – лавами по восстанию от границ шахтного поля к центру (рис. 3.3). Сначала отрабатываются запасы бремсберговой части шахтного поля, а затем уклонной.

На рисунке 3.3 условно показаны оба этапа отработки как бремсберговой, так и уклонной частей шахтного поля.

Рисунок 3.3 – Погоризонтный способ подготовки шахтного поля

Такой порядок отработки шахтного поля позволяет уменьшить время и затраты на строительство шахты, проводить магистральные штреки постепенно, по мере отработки выемочных участков в бремсберговой части шахтного поля, а, следовательно, и уменьшить затраты на их поддержание. При отработке лав в уклонной части шахтного поля производится погашение магистральных штреков 5 и 6, пройденных на уровне транспортного горизонта, а так же дренажного штрека 15, пройденного по нижней технической границе. Проветривание лавы в бремсберговой части шахтного поля осуществляется по следующей цепочке: свежая струя идет по клетевому стволу 1, откаточному квершлагу 3, пластовому магистральному штреку 6, по выемочному ходку 8 (параллельно подсвежающая струя по ходку 7), по лаве 9 и исходящая струя идет по ходку 7 вверх, по вентиляционному магистральному штреку 10, вентиляционному квершлагу 11 и вентиляционному стволу 12. В данном случае показана прямоточная схема проветривания выемочного участка с подсвежением исходящей струи воздуха.

Транспорт угля осуществляется по лаве 9 скребковым конвейером, по ходку 7 ленточным конвейером, по полевому магистральному штреку 5 и конвейерному квершлагу 4 к скиповому стволу ленточными конвейерами, т.е. имеет место полная конвейеризация угля. Для отработки уклонной части шахтного поля необходимо пройти капитальные уклон 13 с ходком 14 и дренажный штрек 15. Как правило, они проводятся полевыми (под пластом угля). Для обеспечения проветривания в период проходки чаще всего параллельно с полевым дренажным проводится пластовый магистральный штрек 16.

Погоризонтный способ подготовки может применятся как при одногоризонтной схеме вскрытия так и при многогоризонтной. Согласно НТП, Н_б и Н_укл (длина выемочных столбов) при благоприятных горно-геологических условиях может достигать 1,2-1,5 км на пластах средней мощности и 0,8-1,0 км на тонких и мощных пластах. По сравнению с панельным и этажным погоризонтный способ имеет следующие

ПРЕИМУЩЕСТВА:

1. Меньше удельная протяженность проводимых и поддерживаемых выработок, а, следовательно, и меньшие затраты на их проведение и поддержание.

2. Ходки проводятся по направлению, поэтому легко осуществить по ним транспорт угля ленточными конвейерами, т.е. применяется полная конвейеризация угля.

3. Практически постоянная длина лавы позволяет без проблем применять механизированные комплексы.

4. Лучше схема проветривания шахтного поля.

НЕДОСТАТКИ:

1. Большое количество выемочных наклонных ходков, технология проведе­ния которых сложнее, стоимость проведения выше, чем горизонтальных штре­ков.

2. Поддержание ходков сложнее и дороже, чем штреков.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ограничивается углом падения пластов до 10 градусов (при диагональном расположении лав-до 18 градусов). Применяется при любой газообильности.

При притоке воды в лаву более 5 м³/ч. необходимо лавы отрабатывать по восстанию как в уклонной, так и в бремсберговой части шахтного поля. Это приводит к «перепробегу» транспорта. При мощности пласта m³1,5-2,0м отработка лав по восстанию разрешается только лишь с согласия отраслевого НИИ. В противном случае за счет вывалов кусков угля возможен травматизм горнорабочих очистного забоя. При наличии воды и большой мощности пласта необходимо переходить на панельный способ подготовки.

Погоризонтный способ является наиболее прогрессивным из всех рассмотренных.

3.4 Комбинированный способ подготовки шахтного поля

На шахтах, как правило, применяется сочетание вышерассмотренных способов подготовки шахтного поля, т.е. применяются комбинированные способы (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Комбинированные способы подготовки шахтных полей

В Донбассе с увеличением глубины залегания происходит выполаживание угольных пластов, поэтому в бремсберговой части шахтного поля может применяться этажный или панельный, а в уклонной – погоризонтный способ подготовки.

Комбинированные способы подготовки обладают достоинствами и недостатками тех способов, из которых они состоят.