6.2 Разработка вариантов пространственно-планировочных и технологических решений по освоению угольных месторождений брахисинклинального типа

Первый вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и отработки (рис. 6.15) предлагается для эффективного и безопасного способа одновременной разработки группы обводненных пожароопасных угольных пластов, залегающих в верхней части месторождений брахисинклинального типа, позволяющего значительно уменьшить трудоемкость содержания производственной инфраструктуры и обеспечить условия повышения эффективности основных процессов, способствующих значительно увеличить производительность труда и снизить себестоимость добываемого угля. Поставленная задача достигаются тем, что при разработке группы обводненных пожароопасных угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинальной складки, вскрытие пластов производят парными наклонными стволами, причем вдоль продольной оси складки до самой низкой геодезической отметке проводят парные наклонные выработки (ходки.), а под углом к поперечной оси брахисинклинали с обеих сторон продольной оси проводят промежуточные наклонные выработки (конвейерные и вспомогательные уклоны). При этом ходки и промежуточные уклоны на самой низкой геодезической отметке каждого пласта соединяют с водоотливом и выемочными выработками дренажного столба, ориентированного вдоль продольной оси складки. Для исключения подработки действующих очистных забоев при одновременном вскрытии группы пластов, их разработку производят на разных крыльях, разделенных дренажными столбами, при этом, дренажные столбы в вертикальной плоскости по отношению друг к другу смещают на 0,4-0,6 длины очистного забоя, а при разработке группы весьма обводненных угольных пластов, первоначально вскрывают нижний пласт или пласт, который имеет самую низкую проектную отметку в мульдовой части пластов. При разработке группы (рис. 6.15) обводненных пожароопасных угольных пластов А, Б, В, залегающих в виде брахисинклинальной складки и объединенных конвейерной галереей (7) в единый угледобывающий комплекс (УДК), вскрытие пластов А, Б, В вдоль продольной и поперечной оси брахисинклинали производят парными наклонными выработками (12) и (14). Вдоль продольной оси складки (3) разрабатываемых пластов А, Б, В до самой низкой геодезической отметки проводят парные наклонные выработки (ходки) (12), а под углом р к поперечной оси (4) брахисинклинали с обеих сторон брахисинклинальной оси складки (3) проводят промежуточные наклонные конвейерные и вспомогательные уклоны (14).

Ходки (12) и промежуточные уклоны (14) на самой низкой геодезической отметке каждого пласта соединяют с водоотливом (13) и выемочными выработками (15) дренажного столба (16), ориентированного вдоль продольной оси складки (3). На выходе пласта (2) под наносы (1) ходки (12) соединяют с бремсбергами (11) и вспомогательными штреками (10), которые, в свою очередь, соединяют с наклонными стволами (8, 9). Наклонные вспомогательные (8) и конвейерные (9) уклоны проводят со стороны промплощадок (5) шахтоучастков по наносам до вспомогательных штреков (10) и бремсбергов (11). Вспомогательные уклоны служат для спуска-подъема материалов, оборудования и людей, а конвейерные уклоны - для транспортировки угля на поверхность. Ходки (12) предназначены для обслуживания водоотлива (13) разрабатываемого пласта. Промежуточные наклонные конвейерные и вспомогательные уклоны (14) проводят с дневной поверхности, вначале по наносам, а затем по пласту угля с обеих сторон продольной оси складки под острым углом (30-60°) к поперечной оси брахисинклинали и выемочным выработкам (15).

Рис.6.15 Первый вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и одновременной отработки группы обводненных пожароопасных угольных пластов: 1 - наносы; 2 - выход пласта; 3,4- соответственно продольная и поперечная оси складки; 5 -промлощадка пласта; 6 - центральная промплощадка; 7 - галерея; 8, 9 - наклонные стволы; 10 - штрек; 11- бремсберг; 12 - ходок; 13 - водоотлив; 14 - наклонная выработка; 15 - выемочная выработка; 16 - дренажный столб; 17 - очистной забой; 18 - выемочный столб; 20 - направление отработки; 21 - падение пласта; в - угол между наклонной выработкой и поперечной осью складки.

Для исключения подработки действующих очистных забоев (17) при одновременном вскрытии группы пластов, их разработку производят на разных крыльях ( левом Лк или правом Пк), разделенных дренажными столбами (16) в вертикальной плоскости (19) по отношению друг к другу смещают на 0.4 - 0.6 длины очистного забоя (рис.6.16).

При разработке группы весьма обводненных угольных пластов, первоначально вскрывают нижний пласт, или пласт, который имеет самую низкую проектную отметку в мульдовой части разрабатываемых пластов.

Рис.6.16. Порядок одновременной отработки группы угольных пластов: а -отработка пласта Б в правом крыле и пласта А в левом крыле; б - отработка пласта В в левом крыле, пласта Б в правом крыле и пласта А в левом крыле; в - отработка пласта В в левом крыле, пласта Б в правом крыле и пласта А в левом крыле.

Второй вариант технологической схемы (рис.6.17) эффективной и безопасной разработки группы обводненных пожароопасных угольных пластов, залегающих в верхней части месторождений, позволяет значительно уменьшить трудоемкость содержания производственной инфраструктуры и обеспечить условия повышения эффективности основных процессов, способствующих значительно поднять производительность труда за счет:

сокращения объема проведения горных выработок главного направления и выработок, проводимых по породе;

независимой подготовки и отработки крыльев шахтного поля;

применения высокопроизводительной схемы транспортирования угля на основе полной конвейеризации;

обособленного проветривания подготовительных и очистных забоев;

отработки пластов вдоль продольной оси брахисинклинали длинными столбами большой протяженности без перемонтажей оборудования механизированных комплексов и оставления межпанельных целиков угля;

предварительного осушения пласта;

восходящего порядка отработки запасов в крыльях шахтного поля и очистки загрязненной шахтной воды в выработанном пространстве.

Поставленная цель достигаются тем, что при разработке угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинали, парные наклонные выработки (ходки), предназначенные для обслуживания водоотлива, проходят вдоль продольной оси брахисинклинальной складки и соединяются на самой низкой геодезической отметке шахтного поля с выемочными наклонными выработками, оконтуривающими дренажный столб, который ориентируют вдоль продольной оси складки, а промежуточные наклонные выработки (уклоны) проводят с обеих сторон складки до этого столба.

Дренажный столб отрабатывается первым, разделяя, таким образом, шахтное поле на два крыла. При этом отработку дренажного столба начинают от водоотлива, оборудованного на самой низкой геодезической отметке шахтного поля, и ведут с подъемом в сторону фланговой границы поля, а отработку вышележащих смежных столбов начинают с указанной границы поля и ведут к противоположной границе с переходом очистными забоями промежуточных наклонных выработок (уклонов) каждого крыла, и перепуском загрязненной шахтной воды в отработанное пространство общего дренажного столба.

При разработке обводненных угольных пластов, дренажный столб, ориентированный вдоль продольной оси брахисинклинали, готовят с обеих сторон поперечной оси складки и отрабатывают обособленными лавами, начиная с водоотлива, оборудованного на самой низкой геодезической отметке шахтного поля, и ведут в противоположном направлении к флангам поля.

Puc.6.17. Второй вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и одновременной отработки угольных пластов залегающих в виде брахисинклинали.

При данной технологической схеме разработки угольных пластов шахтное поле вскрывают путем проведения наклонных путевого (6) и конвейерного (7) стволов, парных ходков (10, 11) и промежуточных вспомогательных (18, 20) и конвейерных (19, 21) уклонов (рис.2.3).Наклонные стволы (6, 7) проводят со стороны промышленной площадки (5) по наносам до вспомогательного штрека (8) и бремсберга (9). Путевой наклонный ствол (6) служит для спуска-подъема материалов, оборудования и людей, а конвейерный наклонный ствол (7) для транспортирования угля на поверхность.

Расстояние между вспомогательными и конвейерными уклонами каждого крыла шахты принимается из расчета возможной установки между ними шлюзовых перемычек, обеспечения номинального давления на крепь выработок во время перехода очистными забоями (16) промежуточных уклонов.

На фланге шахтного поля, то есть на противоположной стороне промплощадки, с поверхности до пласта по наносам проводят наклонные шурфы (23, 24) и соединяют между собой вспомогательным штреком (22).

Первоначально готовят дренажный столб (15) путем проведения от водоотлива (12) выемочных выработок (13, 14). Выемочные выработки проводят вдоль продольной оси складки и соединяют с промежуточными уклонами, а на фланге поля с вспомогательными штреком (22).

Дренажный столб отрабатывают первым, разделяя, таким образом, шахтное поле на два крыла, левое и правое. Отработку дренажного столба начинают от водоотлива, оборудованного на самой низкой геодезической отметке шахтного поля, и ведут с подъемом в сторону фланговой границы поля. Отработку вышележащих смежных столбов (29, 30) начинают от вспомогательного штрека (8) переходом очистными забоями (16) промежуточных уклонов.

Третий вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов, большой протяженности вдоль продольной оси брахисинклинали вскрывают путем проведения наклонных стволов, путевого (6) и конвейерного (7), парных наклонных выработок (ходков) 10,11 и промежуточных наклонных выработок, вспомогательных 18,20 и конвейерных 19,21 уклонов (рис. 6.18).

Рисунок 6.18 - Третий вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и одновременной отработки угольных пластов залегающих в виде брахисинклинали: 1 - наносы; 2 - выход пласта под наносы; 3, 4 - соответственно продольная и поперечная ось складки; 5 - промплощадка пласта; 6, 7 - наклонные стволы; 8 - вспомогательный штрек; 9 - бремсберг; 10, 11 - крутая и пологая части пласта; 12 - водоотлив; 13, 14, 13', 14' - выемочные наклонные выработки; 15, 15' - дренажные столбы; 16 - очистной забой; 17, 17' -выработанное пространство; 18, 19, 20, 21 - промежуточные наклонные выработки; 22 - вспомогательный штрек; 23 - вспомогательный уклон; 24 - шурф; 25 - ось наклонных выработок; 26 - направление отработки; 27 - порядок отработки; 28 - поток шахтных вод; 29, 30 - смежные выемочные столбы; 31 - гранича крутой части пласта; 32, 34, 35 - наклонные выработки; 33 - присечной штрек.

Наклонные стволы 6,7 проводятся со стороны промышленной площадки 5 по насосам 1 до вспомогательной выработки 8 и бремсберга 9. Путевой наклонный ствол 6 служит для спуска (подъема) материалов, оборудования и людей, а конвейерный наклонный ствол 7 для транспортирования угля на поверхность. Парные наклонные выработки (ходки) 10,11 проводят вдоль продольной оси складки 3 до самой низкой геодезической отметки шахтного поля и оборудуют на этой отметке водоотлив 12. Парные наклонные выработки (ходки) 10,11 предназначены для обслуживания водоотлива. Промежуточные наклонные выработки (уклоны) 18,19 и 20,21 проводят с дневной поверхности по пласту угля с обеих сторон складки под острым углом в=30-60 градусов к выемочным выработкам. Промежуточные наклонные выработки проводят от выемочных выработок, оконтуривающих дренажный столб, до дневной поверхности. Расстояние между вспомогательными 18,20 и конвейерными 19,21 уклонами каждого крыла шахтного поля принимается из расчета возможной установки между ними шлюзовых перемычек, обеспечивающих доставку материалов и оборудования в шахтных платформах и вагонетках, обеспечение рабочего давления на крепление выработок во время перехода очистными забоями 16 промежуточных наклонных выработок (уклонов 18,19 и 20,21) и возможного размещения очистной выработки между выемочными выработками, обеспечивающего переход очистным забоем только одного промежуточного уклона и определяется по формуле:

где x - расстояние между вспомогательным и конвейерным уклонами, м;

l_оч - длина очистной выработки (очистного забоя), принимаем, например l_оч=200 м;

в - угол примыкания промежуточных наклонных выработок к выемочным выработкам, принимаем, например в=45⁰.

На противоположной стороне шахтного поля с поверхности до пласта по наносам проводят наклонные выработки (шурфы) 23,24, которые соединяют между собой вспомогательной выработкой 22.

Первоначально готовят дренажный столб 15 путем проведения со стороны водоотлива 12 выемочных выработок 13,14 и 14'.

Выемочные выработки 13,14, оконтуривающие дренажный столб 15 проводят вдоль продольной оси складки 3 и соединяют по длине шахтного поля с промежуточными наклонными выработками (уклонами), 18,19 и 20,21, а на границе с поля вспомогательной выработкой 22. Параллельно выемочному штреку 14 проводят конвейерный штрек 14' смежного столба 30.

Дренажный столб 15 отрабатывают первым, разделяя, таким образом, шахтное поле на два крыла, левое Л_к и правое П_к. Отработку дренажного столба начинают со стороны водоотлива 12, оборудованного на самой низкой геодезической отметке шахтного поля и ведут с подъемом в сторону противоположной границы поля. Отработку вышележащих смежных столбов 29 и 30 начинают от вспомогательной выработки 22 и ведут в обратном направлении, т.е. в сторону вспомогательного штрека 8 с переходом очистными забоями 16 промежуточных наклонных выработок (уклонов) 18,19 и 20,21.

Загрязненную шахтную воду 28 при отработке запасов в крыльях поля направляют в выработанное пространство 17 дренажного столба 15.

При разработке весьма обводненных угольных пластов, дренажный столб 15, ориентированный вдоль продольной оси 3 брахисинклинали, готовят с обеих сторон поперечной оси складки 4 и отрабатывают обособленными лавами, начиная от водоотлива 12, оборудованного на самой низкой геодезической отметке шахтного поля и ведут в противоположном направлении к границам поля, при этом ходки 10,11 для обслуживания водоотлива 12 проводят в смежном с дренажным столбом 17' выемочном столбе 30.

При наличии на одном из крыльев (например, на правом крыле П_к) шахтопласта крутого залегания вдоль зоны крутого залегания пласта проводят наклонные выработки 32, отделяющие крутое залегание пласта от пологого, причем указанные выработки проводят под углом не более 20 градусов к горизонтальной плоскости, обеспечивающим транспортировку угля ленточ-ными конвейерами.

Принятый восходящий порядок отработки запасов в крыльях шахтного поля создает при отработке обводненных пожароопасных угольных пластов наиболее благоприятные и безопасные условия ведения горных работ, т.к. весь поступающий приток загрязненной шахтной воды поступает в выработанное пространство дренажного столба, где она очищается от шламов и уже очищенная откачивается на поверхность.

Реализация предлагаемого способа позволит уменьшить трудоемкость производственной инфраструктуры и обеспечить условия повышения эффективности основных процессов добычи угля, а также позволит повысить безопасность ведения горных работ при разработке обводненных пожароопасных угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинали, что в сочетании позволит значительно поднять производительность труда и снизить стоимость добываемого угля.

Четвертый вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и отработки перспективных месторождений Южного Кузбасса (рис.6.18 и рис.6.19) предлагается для эффективного и безопасного способа разработки угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинали.

Новым в данной схеме вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинали, является то, что при разработке пластов, парные наклонные выработки для обслуживания водоотлива, вначале проводят до самой низкой геодезической отметки шахтного поля на одном из крыльев поля по острым углом к поперечной оси брахисинклинальной складки и соединяют с выемочными наклонными выработками, оконтуривающими вдоль продольной оси складки дренажный столб, разделяющий шахтное поле на крылья, и смежные с ним выемочные столбы. Затем после отработки дренажного столба для обслуживания водоотлива, от последнего вдоль продольной оси складки в сторону выхода пласта под наносы между выемочными столбами противоположных крыльев проводят ходки, а предыдущие парные наклонные выработки, пройденные на одном из крыльев под углом к поперечной оси складки используют в качестве промежуточных уклонов, которые переходят очистными забоями при отработке запасов этого крыла.

С целью снижения затрат и времени на подготовку шахтопласта шахтное поле вскрывают путем проведения парных уклонов (10) и конвейерной наклонной выработки (18). При большой протяженности шахтного поля вдоль продольной оси складки (3), с поверхности или из горных выработок, по пласту угля проводят дополнительные промежуточные уклоны (11) и соединяют их на фланге шахтного поля водоотливом (13). Кроме того, при большой протяженности шахтного поля и пластах мощностью 2,0-5,0 м, дренажный столб (17), ориентированный вдоль продольной оси складки, оконтуривают парными выемочными выработками (14 и 15), которые проводят со стороны водоотлива (13) до фланговой границы шахтного поля и соединяют между собой вспомогательной выработкой (23), обеспечивая, таким образом, единую вентиляционную сеть на время отработки дренажного столба и подготовки смежных с ним выемочных столбов (19).

Рисунок 6.18 -Четвертый вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и одновременной отработки угольных пластов залегающих в виде брахисинклинали:1. а - схема отработки смежных с дренажным столбом выемочных столбов; б - схема отработки дренажного столба с проведением парных выемочных выработок; 1 - наносы; 2 - выход пласта; 3, 4 - соответственно продольная и поперечная ось складки; 5 - промплощадка пласта; 6, 7 - наклонные стволы; 8 - вспомогательный штрек; 9 - бремсберг; 10 - парные наклонные выработки; 11 - дополнительные наклонные выработ-ки; 13 - дренажный столб; 14, 15 - парные выемочные выработки; 16 - дренажный столб; 17 - выработанное пространство; 18 - конвейерная выра-ботка смежного столба; 19 - смежные парные выработки; 20 - выемочные выработки; 21 - парный ходок; 22 - очистной забой; 23 - шурф; 24, 25 - соответственно монтажная и демонтажная камеры; 26 - присечная выработка; 27 - направление отработки; 28 - порядок отработки на крыльях шахтного поля; 29 - поток шахтных вод; 30 - направление проведения горных выработок; 31, 32 - падение пласта; 33 - вспомогательныя выработка; 34 - парные наклонные выработки

Рисунок 6.19 - Четвертый вариант технологической схемы вскрытия, подготовки и одновременной отработки угольных пластов залегающих в виде брахисинклинали: (продолжение): в - схема вскрытия, подготовки и отработки дренажного столба; г - разрез вдоль продольной оси брахисинклинали; д - разрез вдоль наклонной выработки

Отработку пласта ведут длинными столбами, ориентированными вдоль продольной оси складки, в разных направлениях. Угольные целики, оставляемые для охраны парных ходков (21), пройденных вдоль продольной оси складки, вынимают после отработки всех запасов шахтопласта. При разработке угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинальной складки, и наличии на одном из крыльев шахтопласта крутого залегания, шахтное поле вдоль продольной оси складки делят на части "А" и "Б" путем проведения на одном из крыльев, например, на левом крыле Лк, шахтного поля вдоль поперечной оси брахисинклинали наклонных выработок (ходков), которые соединяют на самой низкой геодезической отметке поля с водоотливом (12), наклонной конвейерной выработкой (14) и парными выемочными выработками (13,14 и 13', 14') оконтуривающими вдоль продольной оси складки дренажный или дренажные столбы (17), а на противоположном крыле поля, например, на правом крыле Пк, их соединяют с наклонными выработками (32), отделяющими крутое залегание пласта (10) от пологого (11). Наклонные выработки проводят под углом не менее 20° к горизонтальной поверхности пласта. Наклонные выработки (6, 7) проводят со стороны промплощадки (5) по наносам до вспомогательного штрека (8) и бремсберга (9). Путевой наклонный ствол (6) служит для спуска-подъема материалов, оборудования и людей, а конвейерный наклонный ствол (7) для транспортирования угля на поверхность. Парные ходки (34) проводят вдоль поперечной оси брахисинклинали до самой низкой геодезической отметки шахтного поля и оборудуют на этой отметке водоотлив (12). Затем, ходки (34) проводят до наклонных выработок (32), разделяющих зоны крутого и пологого залегания пласта (рис.6.19, продолжение). Промежуточные наклонные выработки (18, 19, 20, 21) проводят с поверхности, в начале по наносам, а затем по пласту угля с обеих сторон складки под острым углом р=30-60° к выемочным выработкам (13, 14) и дренажным столбам (15).Отработку дренажных столбов (15), ориентированных вдоль продольной оси складки, в обеих частях шахтного поля "А" и "Б" начинают от водоотлива (12) и ведут в сторону флангов (36, 37), а отработку смежных с дренажными столбами выемочных столбов (29, 30) в одной части поля, например, в части "Б" поля, начинают от ходков (34), пройденных вдоль поперечной оси брахисинклинали, и ведут к переднему флангу, а в другой части поля, например, в "А" части поля, начинают от заднего фланга (36) и ведут к ходкам с перепуском загрязненной шахтной воды в выработанные пространства дренажных столбов обеих частей шахтного поля.

шахта пласт очистной проветривание

6.2.1 Разработка требования к пространственно-планировочным решениям при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений

Анализ шахтного фонда и выполненных проектов на строительство предприятий показал, что существующие в настоящее время технологические схемы угольных шахт не могут удовлетворять требованиям максимальной концентрации горных работ и не позволяют обеспечить высокую нагрузку на очистной забой.

Для поддержания добычи на заданном уровне или обеспечения ее дополнительного роста, а также для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей необходима периодическая реконструкция шахт, которая проводится в течение длительного периода и требует значительных капитальных вложений, существенная часть из которых расходуется на поддержание достигнутого уровня добычи угля.

Несмотря на достижение высокой производительности труда в очистных забоях, общая производительность труда по шахте остается низкой в связи с тем, что она снижается от забоя до поверхности в 5--6 раз.

Рассмотренные недостатки существующих технологических схем подтверждают необходимость создания новых технологических схем угольных шахт, которые позволили бы устранить перечисленные недостатки.

Концентрация производства за счет увеличения мощности предприятий без резкого увеличения нагрузки на очистной забой приводила к разбросанности горных работ. Поэтому для увеличения мощности шахт была разработана и нашла широкое применение блоковая схема отработки шахтных полей, позволяющая осуществлять разработку пластов одновременно большим количеством забоев за счет создания самостоятельных вентиляционных секций.

Однако увеличение нагрузки на забой без изменения планировки горных работ также не приводит к значительному улучшению технико-экономических показателей по шахте в целом. Это вызвано тем, что внедрение и освоение механизированных комплексов позволило резко сократить численность рабочих, занятых на основных работах. На долю этого фактора приходится 44% общего прироста производительности труда. Вместе с тем, в угольной промышленности большой удельный вес (до 60%) в общем балансе занимают пассивные фонды (горные работы, здания, сооружения), которые требуют определенных затрат труда на их воспроизводство, содержание и обслуживание. Удельный вес трудоемкости проведения и поддержания горных выработок, транспортных работ на поверхности составил более 55%.

Пассивные фонды в угольной промышленности являются консервативными в связи с долговременностью функционирования. Это вызвано тем, что их замена при большом удельном и абсолютном весе требует больших капиталовложений. Кроме того, оборудование, которое используется в большинстве основных горных выработок и зданий, капиталоемко и выполнено в единичных экземплярах, а замена и модернизация его вызывают прекращение на определенный период работ или требуют размещения в новых зданиях и горных выработках.

Таким образом, если замена оборудования в очистных забоях в связи с достаточным их количеством особых осложнений не вызывает, то модернизация других процессов и комплексов довольно сложна и требует пересмотра технических решений.

Все это говорит о том, что современная научно-техническая революция и перевооружение отрасли и, прежде всего возможность резкого повышения нагрузки на забой предопределяют необходимость решения задачи оптимального использования создаваемой горной техники и разработки таких технологических схем, которые не только обеспечивали бы получение высоких технико-экономических показателей работы шахты, но и в процессе дальнейшего развития техники и технологии угледобычи позволяли бы осуществлять модернизацию угольных шахт без ущерба для действующего производства.

Для конкретных горно-геологических условий и с учетом потребности в угле и запасов месторождения, фактического положения до выбора проектных решений целесообразно разрабатывать основные технико-экономические требования к технологическим схемам будущей шахты.

На основании проведенных исследований и исходя из необходимости значительного улучшения технико-экономических показателей работы технологические схемы современных шахт должны отвечать следующим основным требованиям:

1) иметь пропускную способность порядка 10--30 тыс. т в сутки;

2) нагрузку на очистной забой принимать максимальную по факторам оборудования и вентиляции, используя все способы для снижения метанообильности в выработанном пространстве лавы. На пластах средней мощности она должна быть не ниже 5000--8000 т в сутки;

3) с целью концентрации горных работ количество действующих лав необходимо принимать минимальное. При указанных нагрузках на лаву оно не должно превышать четырех;

4) длина лавы оказывает большое влияние не только на нагрузку на очистной забой, но и на объем подготовительных выработок на 1000 т добычи. Поэтому ее следует принимать возможно большей, но не менее 200 м;

5) порядок отработки пластов в шахтном поле следует принимать, как правило, последовательный. Количество пластов, находящихся в одновременной отработке - один. Два пласта одновременно могут отрабатываться при мощности их менее 1,3 м или при переходе горных работ с одного пласта на другой;

6) в зависимости от размеров шахтного поля, его конфигурации и выдержанности элементов залегания пластов шахтное поле может делиться на блоки;

7) техническая целесообразность и экономическая эффективность схем и способов вскрытия достигаются за счет рационального взаимного сочетания вертикальных, наклонных и горизонтальных выработок и соответствующего расположения их в толще горных пород, обеспечивающих:

простую планировку горных работ при одногоризонтной отработке пластов;

минимально возможную и технически необходимую удельную протяженность проводимых горных выработок; выработки с длительным сроком службы проводятся полевыми;

минимально возможную удельную протяженность поддерживаемых горных выработок с различными способами их охраны;

непрерывность транспортирования горной массы от забоя до земной поверхности, при этом транспортирование угля из лавы в пределах выемочного участка желательно осуществлять по выработке, непосредственно примыкающей к очистному забою;

отсутствие перегрузочных операций на вспомогательном транспорте;

прямоточную схему проветривания, предусматривающую обособленную подачу воздуха в местах выделения метана;

возможность максимальной индустриализации строительства;

возможность замены в период эксплуатации шахты схемы и способа подготовки и системы разработки другими, более прогрессивными.

8) в качестве основных вскрывающих выработок используются наклонные и вертикальные стволы и их комбинации; в последнем случае наклонные стволы используются для выдачи горной массы и оборудуются конвейерами соответствующей производительности. Все вспомогательные грузовые операции осуществляются через вертикальные стволы;

9) для проветривания горных выработок предусматривается проведение специальных вентиляционных стволов.

10) расположение стволов как главных, так и вентиляционных в пределах шахтного поля проектируется исходя из конкретных условий месторождения, при этом желательно стволы располагать в безугольной зоне;

11) технологические схемы должны предусматривать вскрытие запасов, размер которых достаточен для отработки шахтой не более чем за 15--20 лет, что определяется следующим:

практическая значимость удельных капитальных затрат за пределами указанного периода оказывается весьма небольшой;

через каждые примерно 15--20 лет обычно необходима модернизация шахты, связанная с изменением техники и технологии выемки угля, которая сопровождается совершенствованием горного хозяйства шахты и заменой оборудования;

конкретные перспективы развития техники и технологии за пределами 15--20 лет являются весьма неопределенными и трудно прогнозируемыми в силу все убыстряющегося технического прогресса во всех областях знаний;

недостаточная надежность стоимостных параметров, особенно по новым техническим решениям, которые закладываются в экономико-математической модели;

12) общие запасы шахтного поля должны обеспечивать срок службы шахты не более 30--50 лет, так как после 2--3-кратной модернизации шахты требуется, как правило, переход на новую площадку и строительство новой шахты;

13) схема подготовки и система разработки должны отвечать требованиям безопасности ведения горных работ, обеспечивать минимальные, но экономически обоснованные потери полезного ископаемого, экономичность и условия для достижения устойчивой и высокой нагрузки на очистной забой путем:

исключения взаимного влияния очистных и подготовительных работ;

обеспечения автономности работы очистного забоя по условиям транспорта и проветривания;

применения эффективных способов охраны выработок при безремонтном их поддержании;

устройства необходимых аккумулирующих емкостей;

соблюдения оптимальных стабильных параметров лав;

наличия необходимых резервов во всех технологических звеньях шахты;

исключения влияния на работу лав газовыделения из пласта, боковых пород и спутников с помощью применения комплекса мероприятий по дегазации и разжижение газа подачей воздуха изолированно к источникам его выделения;

прогнозирования геологических нарушений для исключения непредвиденных остановок лав;

14) в качестве основной должна применяться система разработки длинными столбами. Отработка столбов может осуществляться по простиранию или по восстанию (падению) с фиксированной длиной очистного забоя прямым или обратным ходом. Более целесообразен обратный порядок отработки столбов. Учитывая геологические нарушения, местные изменения в мощности пласта, безугольные зоны, переменный угол падения пласта, для некоторых месторождений необходимо предусматривать два-три альтернативных варианта системы разработки и соответствующие средства механизации очистных работ. К таким вариантам могут быть отнесены системы разработки с короткими забоями с механическими средствами выемки и гидравлическим или механическим транспортом;

15) поддержание подготовительных выработок в течение всего срока их службы должно быть безремонтным (за исключением профилактического ремонта), для чего необходимо:

соответствующее расположение горных выработок в толще пород и пласта, исключающее влияние стационарного опорного давления;

проведение выработок, имеющих длительный срок службы, полевыми;

проведение выработок повышенного сечения с тем, чтобы после деформаций оно было не меньше допустимого по условиям эксплуатации; общая величина заданных деформаций пород около выработки не должна превышать допустимую податливость крепи этой выработки;

размер выемочного поля принимать с учетом физико-механических свойств пород, темпов проведения выработок, скорости подвигания очистного забоя и допустимой податливости крепи выработок;

16) схемы и способы вскрытия и подготовки и системы разработки должны быть комплексно технологически увязаны с механизацией и автоматизацией производственных процессов и условиями проветривания шахт;

17) количественные оптимальные значения основных параметров определяются после анализа результатов решения на ЭВМ экономико-математической модели шахты;

18)высокопроизводительные технологические схемы угольных шахт должны быть максимально унифицированы с существующими технологическими схемами.

6.2.2 Систематизация пространственно-планировочных и технологических решений при освоении угольных месторождений брахисинклинального типа

Анализ геологических структур угольных месторождений показывает, что наиболее сложной формой складчатости является асимметричная брахисинклинальная, которая включает в себя ряд других форм. Поэтому разработка методики конструирования технологических схем применительно к асимметричной брахисинклинальной складке пологих пластов позволит сделать ее наиболее универсальной.

Гористый рельеф местности, наличие водных или болотистых образований могут вызвать необходимость расположения стволов на одном из флангов шахтного поля (фланговое расположение стволов) или одного ствола -- на фланге, а другого -- в центре шахтного поля (центрально-фланговое расположение стволов).

Таким образом, по месту заложения стволов относительно шахтного поля на горизонтальной плоскости можно различать следующие варианты технологических схем шахты: с центральным расположением стволов; с отнесенным расположением стволов; с центрально-отнесенным расположением стволов; с фланговым расположением стволов; с центрально-фланговым расположением стволов.

В вертикальной плоскости вскрывающие выработки могут располагаться: у верхней границы шахтного поля, у нижней границы шахтного поля, в середине шахтного поля вкрест простирания, на каждом горизонте или этаже, через горизонт или этаж. Укрупненно эти варианты вскрытия можно разделить на две группы: одногоризонтное вскрытие, позволяющее отрабатывать шахтное поле с одного горизонта, и многогоризонтное вскрытие, требующие проведения вскрывающих выработок на нескольких горизонтах.

Описание расположения всего комплекса вскрывающих выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях дает полное представление о внешнем виде, общей форме вскрытия.

Таким образом, в зависимости от количества горизонтов и расположения вскрывающих выработок (рис. 6.20) могут быть применены следующие схемы вскрытия:

А -- одно- или многогоризонтные схемы вскрытия с отнесенным расположением стволов -- А_В;

Б -- одно- или многогоризонтные схемы вскрытия с центрально-отнесенным расположением стволов -- Б_В;

В -- одно- или многогоризонтные схемы вскрытия с центральным расположением стволов -- В_В;

Г -- одно- или многогоризонтные схемы вскрытия с фланговым расположением стволов -- Г_В;

Д -- одно- или многогоризонтные схемы вскрытия с центрально-фланговым расположением стволов -- Д_В;

Рис. 6.20. Схемы вскрытия с отнесенным расположением стволов А_В:

а -- схема I А_В; б -- схемы II А_В,III А_В(разрез по оси ствола): в -- схемы IV А_В,V А_В(разрез по оси ствола); г -- схема VI А_В(разрез по оси стволов); д -- схема VII А_В,. е -- схема VIII А_В; ж -- схема IX А_В; 1 -- главный ствол; 2 -- вспомогательный ствол; 2' -- вентиляционно-водоотливные стволы; 3 -- капитальный квершлаг; 3' -- погоризонтный квершлаг; 4 -- капитальный гезенк; 4' -- погоризонтный гезенк; 5 -- полевые осевые штреки; 6,7 -- выходящие на поверхности транспортные полевые и пластовые выработки; 8 -- часть капитального квершлага, проводимая для вариантов В_ПГ и Б_ПН; 9 -- этажиые квершлаги; 10 -- полевые транспортные штреки; 11 -- околоствольные дворы; 12 -- вентиляционные (или водоотливные) стволы;13 -- вентиляционные шурфы; 14 - погоризонтные квершлаги.

Анализ показывает, что в настоящее время для транспортирования грузов используются в основном нижние (откаточные) горизонты (за исключением случаев отработки уклонных полей), которые служат также в качестве воздухоподающих как для бремсберговых, так и уклонных полей. Для вывода воздуха из уклонов поддерживается большая сеть вентиляционных выработок или проводятся специальные воздуховыдающие (вентиляционные) стволы. Для откачки воды сооружаются участковые насосные камеры и водосборники. В связи со значительным развитием за последнее время конвейерного транспорта для выдачи угля появилась возможность осуществить транспортирование грузов по верхним горизонтам, а нижний использовать в качестве вентиляционно-водоотливного.

Все перечисленные схемы вскрытия могут быть применены с использованием в качестве транспортных верхних или нижних горизонтов, что и является одним из определяющих признаков при разработке вариантов схем вскрытия. Кроме того, на разработку вариантов в связи с асимметричностью принятой за основу брахисиннклинальной складчатости месторождения влияет расположение вскрывающих выработок относительно оси мульды (короткой оси складки) -- по простиранию.

В соответствии с изложенным для асимметричной брахисинклинальной складки могут быть применены следующие варианты схем вскрытия:

А -- схемы вскрытия с отнесенным расположением стволов(А_В):

I А_В -- одногоризонтная схема вскрытия с капитальным квершлагом, проводимым у верхней границы шахтного поля, и расположением вскрывающих выработок в центре запасов по простиранию (рис. 6.21,а).

II А_В-- многогоризонтная схема вскрытия отнесенными стволами и этажными квершлагами, расположенными в центре мульды (в плоскости короткой оси мульды), с транспортом по верхнему (II^вА_в) или по нижнему (II^нА_в)горизонту (рис. 1.9,б).

III А_В-- многогоризонтная схема вскрытия отнесенными стволами и этажными квершлагами, расположенными в центре простирания, с транспортом по верхнему (III^вА_в)или нижнему (III^нА_в)горизонту (рис. 6.22, б).

Рис.6.21 Схемы вскрытия с центрально-отнесенным расположением стволов Б_В: а -- схема I Б_В; б -- схемы II Б_В,III Б_В;в -- схемы IV Б_В,VВ_В; г -- схема VI Б_В; 1 -- главный ствол; 2 -- вспомогательный ствол; 3 -- вентиляционный ствол; 4 -- капитальный квершлаг; 5 --осевые полевые штреки; 6 -- вентиляционные шурфы; 7 -- этажиые квершлаги; 8 -- погоризонтные квершлаги; 9 -- гезенки.

Для месторождения, представленного асимметричной брахисинклинальной складкой, могут быть применены 30 вариантов схем вскрытия, которые можно объединить в следующие принципиально отличающиеся группы:

1. Одногоризонтные схемы вскрытия до верхней границы шахтного поля с отнесенным, центрально-отнесенным, центральным или фланговым расположением главных стволов (IА_В, IБ_В,IВ_В,IГ_В,).

2. Многогоризонтные схемы вскрытия с отнесенным, центрально-отнесенным, центральным расположением стволов и квершлагов с использованием в качестве транспортных верхних или нижних горизонтов (II^вА_в, II^нА_в,III^вА_в, III^нА_в, II^вБ_в, II^нБ_вIII^вБ_в, III^нБ_в, II^вВ_в, II^нВ_в, II^вВ_в, II^нВ_в, III^вВ_в, III^нВ_в, VII^вА_в, VIII^вА_в, VIII^нА_в).

3. Одногоризонтные схемы вскрытия до нижнего горизонта шахтного поля с отнесенным, центрально-отнесенным, центральным или фланговым расположением стволов (IV^нА_в, V^нА_в, IV^нБ_в, V^нБ_в, IV^нВ_в, V^нВ_в, II^нГ_в).

4. Одногоризонтные схемы вскрытия отнесенными стволами и квершлагом, проводимым посредине шахтного поля по падению, с образованием бремсберговой и уклонной частей и отработкой шахтного поля блоками (VI^сА_в).

5. Безгоризонтная схема вскрытия с выходом на поверхность выемочных или панельных выработок (IХ^пА_в).

Все описанные выше варианты имеют одну общую характеристику -- они рассмотрены с точки зрения общего вида, формы, общей конфигурации и расположения вскрывающих выработок. Такой подход дает общее представление о том, где расположен комплекс вскрывающих выработок любого из вариантов. При этом все варианты могут быть сгруппированы по дополнительным признакам и легко описаны. Это позволяет выделить понятие "расположение вскрывающих выработок" в самостоятельный классификационный признак.

Размещено на Allbest.ru