Вскрытие новых горизонтов на шахтах с крутыми пластами производится, как правило, путем углубки действующих вертикальных стволов. Применяются и схемы вскрытия с помощью уклонов, проводимых с действующего горизонта.

Рассмотрим следующие варианты вскрытия и подготовки горизонта - 150 м.

I вариант - вскрытие горизонта путем углубки трех вертикальных стволов.

II вариант - вскрытие горизонта путем проведения уклона с горизонта +120 м на горизонт +20 м.

Горизонтальная схема вскрытия по обоим вариантам осуществляется главным квершлагом и полевыми штреками.

Вскрытие пластов производим промежуточными квершлагами.

Сравнительную оценку выбранных вариантов производим по критерию приведенных затрат [12]

С_пр = С + Е_н Ч К_{уд. пр.,} (13)

где С - эксплуатационные затраты, руб. / т;

Е_н - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений, Е_н = 0,1;

К_{уд. пр. -} приведенные по временному фактору удельные капитальные вложения, руб. / т.

Полученные результаты используем как большую оценку вариантов. Одинаковые затраты по вариантам не учитываем.

Затраты на углубку вертикального ствола определяем по формуле:

К_{ств. в.} = S_ств Ч L_ств Ч Ц_ств, (14)

где S_ств - площадь поперечного сечения выработки, м²; L_ств - длина ствола, м; Ц_ств - стоимость проведения 1 м³ выработки, руб. / м³.

К_{ств. в.} = 38,5 Ч 270 Ч 1 480 = 15 384 тыс. руб.

Затраты на проведение уклона определяются:

К_ук = S_ук Ч L_ук Ч Ц_ук, (15)

где S_ук - площадь поперечного сечения выработки в свету, м²;

L_ук - длина уклона;

Ц_ук - стоимость проведения 1 м³ уклона, руб. / м.

К_ук = 16,4 Ч 420 Ч 617 = 4 249 тыс. руб.

Капитальные затраты на клетевой подъем по вертикальному стволу определяется:

К_{кл. п.} = р Ч N_кл Ч (448,6 + 0,331 Ч Н_п), (16)

где р - коэффициент, учитывающий период проведения работ, при работе в период эксплуатации шахты р = 1,85;

N_кл - количество клетьевых подъемов;

Н_п - высота подъема по вертикальному стволу, м;

К_{кл. п.} = 1,85 Ч 2 Ч (448,6 + 0,331 Ч 270) = 1 990,48 тыс. руб.

Капитальные затраты на концевой подъем по капитальному уклону определяются:

К_{конц. ук.} = р Ч N_конц Ч (89,9 + 0,020 Ч L_{конц. п.)}, (17)

где N_{конц. -} количество концевых подъемов;

L_конц - длина уклона, м;

К_{конц. ук.} = 1,85 Ч 1 Ч (89,9 + 0,020 Ч 420) = 182,6 тыс. руб.

Общие затраты определяются:

У К_з I = 15 384 + 1 990,48 = 17 374,48 тыс. руб.

У К_з II = 4 249 + 182,6 = 4 431,6 тыс. руб.

Эксплуатационные расходы на подъем по вертикальному стволу определяются:

1 1

С_кл= -- Ч (19 + 0,04ЧА_г + 0,1ЧН_п) + -- Ч (0,014ЧА_г + 0,565ЧН_п - 90), (18)

А_г Z_пр

С_кл = 0,66 руб. / т

Эксплуатационные расходы на подъем по уклону, определяются:

0,3 (458,4+105ЧN_пр + 0,017ЧL_ук + 0,0003ЧА_{с. г.} + 276,3 + 0,088ЧL_у)

С_конц= -- Ч ----------------------------------,(19)

А_г Т_у

где А_{с. г. -} суточный грузопоток по капитальному уклону, принимаем 10 % от суточной добычи шахты, т;

N_пр - количество приемно-отправительных площадок, N_пр = 3;

Т_у - срок службы капитального уклона, Т_у = 20 лет;

С_конц. = 0,20 руб. / т.

Приведенные затраты по вариантам определяются:

У К_з I

С_{пр. I} = С_кл + Е ----- = 1,1 руб. / т (20)

А_{ш. г.}

У К_з II

С_{пр. II} = С_конц + Е ----- = 0,6 руб. / т (21)

А_{ш. г.}

По критерию приведенных затрат II экономичнее I варианта на 0,5 руб. / т. Окончательно принимаем схему вскрытия горизонта +20 м путем проведения уклона с горизонта +120 на +20

Подготовка пластов на горизонте +20 заключается в проведении кверщлага до лежачего бока заказного крыла Красногорской антинклинали. От квершлага на север и юг в лежачих боках восточного и западного крыла проводятся полевые штреки. Вскрытие выемочных полей производится промежуточными квершлагами.

Расстояние между промквершлагами принимаем исходя из положения межблоковых целиков на верхнем вентиляционном горизонте, предусматривая выемку пластов из двухкрылых выемочных полей с длиной крыла 200 м. Длина обоснована практикой работы шахты на верхних горизонтах, при большей длине крыльев резко увеличивается потери угля в целиках между верхним и нижними подэтажными штреками.

Основные сведения о вскрывающих и подготовительных выработках горизонта - 20 шахты "Тырганская" приведены в табл.8 [2]

Таблица 8 - Характеристика вскрывающих и подготовительных выработок

Применение той или иной системы разработки зависит от многих горнотехнических и горно-геологических условий, таких как: угол падения пласта, мощность, свойства боковых пород, геологические нарушения, взаимное расположение пластов, газоносность пластов, наличие воды, кливаж, самовозгорание углей, механизация производственных процессов.

На шахте "Тырганская", в данных горно-геологических условиях (крутые пласты, многочисленные нарушения, синклинальная и антиклинальная складчатость, высокая газоносность, различная мощность пластов, опасность пластов по взрывчатости угольной пыли, самовозгоранию, низкая устойчивость боковых пород) можно применять следующие системы разработки: длинными столбами по падению под щитовым перекрытием, подэтажными штреками, наклонными слоями с выемкой полосами по простиранию с гидрозакладкой, камерно-столбовую, гидравлическая отбойка из подэтажных штреков, скважинная гидродобыча.

Камерная система применяется на пластах большой мощности. Наклонным слоям с гидрозакладкой присущи следующие недостатки: малая производительность труда, большая трудоёмкость работ. Система разработки подэтажными штреками из-за больших потерь угля и высокой пожароопасности также малопригодна.

Щитовые системы малоэффективны из-за многочисленных нарушений и пожароопасности пластов угля.

Для данных горно-геологических условий наиболее подходящими системами разработки пластов будут: подэтажная гидроотбойка и скважинная гидроотбойка.

Гидравлическая добыча применяется на пластах мощностью 0,9-20 м, углами падения 5-80^о, по газу метану - до сверхкатегорных, на пластах со спокойным залеганием и до сложных тектонических структур. Производительность труда рабочих при благоприятных условиях в 2,5-3 раза выше, чем на шахтах с обычной технологией, а себестоимость 1 тонны угля в 1,7-3 раза ниже. Самовозгорание углей и обводненность оказывают значительно меньшее влияние на эффективность работ.

Недостатки гидравлического способа добычи угля: большие потери угля и объём подготовительных выработок, большая влажность воздуха, снижение качества угля по крупности и зольности.

Шахта "Тырганская", отрабатывая пласты южного крыла поля, с 1953 года применяла щитовую систему разработки. В 1976 году была внедрена подэтажная высоконапорная гидроотбойка и с этого времени начался постепенный перевод шахты на гидравлическую технологию добычи. При проектной мощности шахты 1200 тыс. т в 1976 году гидравлическим способом было добыто 150 тыс. т, а в 1980 году - 900 тыс. т угля. В настоящее время шахта полностью переоборудована на гидравлический способ отработки, при этом, отрабатывая более сложное в тектоническом отношении, северное крыло шахтного поля

Принцип гидродобычи заключается в следующем. Этаж по простиранию делят на выемочные поля размером 400м, которые в свою очередь делят на блоки по 180-200м. Подготовка этажа - полевая, вскрытие выемочного поля осуществляется транспортным и вентиляционным промежуточными квершлагами, которые имеют небольшой уклон в сторону полевого штрека. От транспортного штрека до границ выемочного поля проводят аккумулирующий штрек.

Блоки готовят по следующей схеме. В 10 м от пласта по породе лежачего бока проходят грузоходовой скат рядом с промежуточным квершлагом. Скат служит для спуска материалов и оборудования, вывода исходящей струи воздуха, перемещения людей. С промежуточного квершлага проходят выработки перекачной гидрокамеры и гидроквершлаг, который сбивается со скатом. С квершлага на гидроквершлаг проходится скат под бункер. Гидрокамера оборудуется насосами и углесосами, монтируется бункер, по гидроквершлагу прокладываются желоба, водяные ставы высокого и низкого напоров, устанавливается грохот, дробилка и электрооборудование для электроснабжения участка. На квершлаге оборудуется погрузочный пункт. Далее от породного ската на пласт проводятся подэтажные квершлаги, продолжением которых являются орты. По пласту от нижнего квершлага рядом проводятся пульпоскатная и вентиляционные печи соответственно у кровли и у почвы.

По пульпоскатной печи прокладываются трубы для спуска пульпы (банки), низконапорный и высоконапорные ставы. По вентиляционной печи в забой участка полается свежий воздух при помощи ВМП. Вертикальная высота подэтажей составляет 10 м. Подэтажные штреки через 100 м сбиваются между собой запасными выходами, которые проводятся с помощью комбайна К-56-МТ или БВР и крепятся анкерной крепью или НДО.

До начала очистных работ в штреках монтируется водоводы, желоба, гидромониторы. Выемка угля производится от границ выемочного поля к пульпоспускной печи. Ширина заходки - 5 м, отбойка угля производится снизу, постепенно расширяя штреки в направлении средней части, и вверх одновременно проводятся штреки для подготовки очередных подэтажей.

Отбитый уголь как из подготовительных, так и из очистных забоев безнапорным транспортом по желобам подэтажных штреков, по пульпобанкам в пульпопечах, по гидроквершлагу попадает на грохот, где обезвоженный уголь попадает в бункер. Из бункера с помощью обычного вида транспорта - аккумуляторных электровозов Ам-8Д и вагонеток с глухим кузовом УВГ-3,3 уголь поступает на опрокид, откуда по скиповому стволу поступает на обогатительную фабрику и затем отгружается в железнодорожные вагоны потребителям, а при перебоях с поставкой порожняка поступает на угольный склад для хранения.

Мелкий уголь с водой выдается углесосами по пульповодам до центральной камеры гидроподъёма ЦКПП, откуда пульпа по пульповоду выдаётся на поверхность на обезвоживающий комплекс в один из отстойников. Вода, доставившая пульпу, поступает на комплекс осветвления и возврата обратной технической воды. Осветвленная вода снова поступает в камеру гидроподъёма и по самостоятельной системе трубопроводов направляется в подготовительные забои к потребителям низкого напора (2-3 МПа).

Такая система водоснабжения обеспечивает значительное сокращение расхода электроэнергии, так как исключается подача высоконапорной воды (8-11 МПа) к низконапорным потребителям, часть оборотной воды изымается из системы гидротранспорта, пульпа сгущается и, следовательно, на поверхность поднимается меньший объём транспортируемой жидкости.

В настоящее время на шахте "Тырганская" для гидравлической добычи угля используется следующее оборудование:

механогидравлические комбайны К-56МГ, производительностью 2.25 т/мин (рабочее давление 0,5-2,5 МПа и расход воды 0,04-0,08 м²³/с);

насосы типа ЦНС-850-240960, предназначенные для подачи к гидромониторам высоконапорной воды с расходом до 0,22 м³/с при давлении 10 МПа;

гидромониторы с дистанционным управлением типа 12 ГД-2 (рабочее давление 12 МПа и расход воды до 0,125 м³/с) и ГМДЦ-3МА (рабочее давление 12 МПа и расход воды до 0,042 м³/с);

углесосы типа 14-У-7 с расходом 0,4 м³/с и рабочим давлением 1,75 МПа.

3.2 Технология, механизация и организация очистных работ