Разработка пластового месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАХТЫ
• 1.1 Расчет промышленных запасов шахтного поля
• 1.2 Расчет годовой мощности шахты
• 1.3 Расчет срока службы шахты
• 2. ВЫБОР СПОСОБА И СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ ШАХТНОГО ПОЛЯ
• 2.1 Выбор способа вскрытия шахтного поля
• 2.2 Выбор схемы вскрытия шахтного поля
• 2.3 Безопасность ведения горных работ при вскрытии шахтного поля
• 3. ВЫБОР СПОСОБА И СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНОГО ПОЛЯ
• 3.1 Выбор способа подготовки шахтного поля
• 3.2 Выбор схемы подготовки шахтного поля
• 3.3 Безопасность ведения горных работ при подготовке шахтного поля
• 4. СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ
• 4.1 Выбор и обоснование системы разработки
• 4.2 Технические средства очистных работ
• 4.3 Размеры выемочных полей и очистных забоев
• 4.4 Нагрузка на очистнойзабой
• 4.5 Проверка нагрузки на очистной забой по газовому фактору.
• 4.6 Определение числа действующих очистных забоев
• 4.7 Технологическая схема шахты
• 4.8 Безопасность ведения горных работ
• 4.9 Горно-технические показатели работы шахты
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблемы разработки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых имеют огромное значения для государства и отдельных ее регионов. Все эти проблемы решает горное дело, которое занимается освоением недр Земли. Оно включает все виды техногенного воздействия на земную кору, главным образом извлечение полезных ископаемых, их первичную переработку и научные исследования, связанные с горными технологиями.

Развития техники и технологии предъявляет свои требования к горным предприятиям. Современная угольная шахта, является комплексно механизированное и автоматизированное предприятие большой мощности с высоким уровнем концентрации и интенсификации производства, имеющее поточный характер основных технологических процессов.

К перспективам развития угледобывающей отрасли можно отнести:

1. совершенствование техники и технологии;

2. применение прогрессивной технологии и новой техники для обеспечения наибольшего роста добычи угля, значительное повышение производительности труда и улучшение других технико-экономических показателей;

3. разработка нового оборудования для добычи угля на тонких, пологих и крутых пластах, увеличить производство проходческого оборудования, погрузочных машин и другого оборудования для угольной промышленности;

4. разработать и внедрить новые средства обеспечения безопасных условий труда на предприятиях угольной промышленности;

5. исследование, конструирование и внедрение средств выемки угля без постоянного присутствия людей в очистном забое.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Мощность пластов, м m1 2.8

m2 3.2

m3 2.9

Мощность междупластий, м d1 60

d2 55

Угол падения пластов, град. б 19

Мощность наносов, м Нн 14

Объемная плотность угля, т/м³ 1.32

Коэффициент крепости угля 1.2

Размеры шахтного поля, м: по простиранию (S) 5200

по падению (Н) 3500

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАХТЫ

1.1 Расчет балансовых и промышленных запасов шахтного поля

Геологические запасы шахтного поля - это общие запасы месторождения. Определяется по формуле:

Z_геол. = Z_бал. + Z_забал., т (1)

где: Z_бал. - балансовые запасы, (млн. тонн).

Z_{забал .}- забалансовые запасы, (млн. тонн).

Балансовые запасы - это запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически целесообразно.

Забалансовые запасы - это запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически не целесообразно (низкое содержание полезного ископаемого, малая мощность, высокие материальные затраты).

В идеальном случае шахтное поле имеет форму прямоугольника. Балансовые запасы, потери и промышленные запасы рассчитываются по методике проф. А.П. Килячкова.

Балансовые запасы шахтного поля определяются по формуле:

(2)

где: S - размер шахтного поля по простиранию, (м).

Н - размер шахтного поля по падению, (м).

n_i - количество пластов.

m_i - мощность пластов.

_i - плотность рабочих пластов, ?=1.32 (т/м³).

Балансовые запасы первого пласта равны:

(тонн).

Балансовые запасы второго пласта равны:

(тонн).

Балансовые запасы третьего пласта равны:

(тонн).

Балансовые запасы шахтного поля равны:

Zбал = 67267200+76876800+69669600=213813600(тонн).

Не все балансовые запасы шахтного поля будут выданы на поверхность, в недрах останутся потери.

Потери - это часть балансовых запасов, которые останутся в недрах.

Потери по шахтному полю определяются по формуле:

, (3)

где: zобщ. - общешахтные потери,

zо.г.н. - потери окологеологических нарушений и потери связанные с гидрогеологическими условиями,

zэкспл - эксплуатационные потери. Эксплуатационные потери Z_экспл. включают потери по площади (не вынимаемые части целиков у подготовительных выработок, в очистном пространстве и на границах выемочных участков) и по мощности пласта (пачки угля, оставленной в кровле, почве или между слоями пласта в очистных и подготовительных выработках); потери от неправильного ведения горных работ (целики, оставляемые вследствие завалов или затопления выработок; противопожарные целики, изолирующие отдельные части шахтного поля друг от друга; опорные целики, временно удерживающие породы кровли пласта от обрушения в выработанное пространство); потери отбитого угля в результате неполной выдачи его из очистного забоя, при взрывных работах, при транспортировании по выработкам. Эксплуатационные потери характеризуются коэффициентом КЭКСПЛ: для пластов тонких -0.06 -- 0.08, средней мощности -- 0.08 -- 0.1, мощных пологих -0.1 - 0.12, мощных крутых -- 0.12 -- 0.15 балансовых запасов за вычетом общешахтных потерь и потерь около геологических нарушений.

Общешахтные потери определяются по формуле:

, (4)

где: zбарьерн - потери в барьерных целиках. Барьерные целики оставляют у границ шахтного поля, чтобы исключить возможность вскрытия старых затопленных горных выработок соседних шахт. Ширина барьерных целиков определяется по эмпирическим формулам или условно принимается равной 50 м.

Потери в барьерных целиках определяются по формуле:

, (5)

где: l - ширина барьерного целика; l = 50м.

mс - суммарная мощность пластов в шахтном поле,

Суммарная мощность пластов рассчитывается по формуле:

mс = m1+m2+m3 (6)

mс = 2.8+3.2+2.9=8.9м

Потери в барьерных целиках равны:

Z_{барьерн.} =(тонн)

zпред - потери в предохранительных (охранных) целиках. Охранные целики оставляют для предотвращения разрушений технологического комплекса, промышленных зданий и сооружений, а также природных объектов на поверхности. Потери в охранных целиках при отработке пологих пластах условно составляют 1 -- 2 %, при отработке крутых пластов -- 2 -- 4 % от балансовых запасов.

Потери в охранных целиках определяются по формуле:

(7)

Потери в охранных целиках равны:

(тонн)

Общешахтные потери равны:

(тонн)

Потери окологеологических нарушений определяются по формуле:

Z_о.г.н. = (0,01...0,015)Z_6ал. , (8)

Потери окологеологических нарушений равны:

(тонн)

Эксплуатационные потери определяются по формуле:

, (9)

Эксплуатационные потери равны:

(тонн)

Потери по шахтному полю равны:

(тонн)

Определив балансовые запасы и потери шахтного поля можно определить промышленные запасы шахтного поля.

Промышленные запасы - это часть балансовых запасов которые будут выданы на поверхность.

Промышленные запасы определяются по формуле:

, (10)

Промышленные запасы равны:

(тонн)

Полноту извлечения балансовых запасов характеризует коэффициент извлечения:

(11)

Коэффициент извлечения равен:

Таблица№1. Промышленные и балансовые запасы

Индекс пласта	S,м	Н, м	m, м	, т/м3	Zбал. т.	Zпотери, т.	Zпром, т.
m1	5200	3500	2.8	1.32	67267200	10476866	56790333
m2	5200	3500	3.2	1.32	76876800	11973561	64903238
m3	5200	3500	2.9	1.32	69669600	10851040	58818559
Итого:	213813600	33301468	180512131

Таблица№2 Потери полезного ископаемого

Индекс пласта	Потери по видам	Суммарные потери, т.
	Zбар.	Zпред.	Zо.г.н.	Zэкспл.
m1	3178560	672672	1009008	5616626	10476866
m2	3632640	768768	1153152	6419001	11973561
m3	3292080	696696	1045044	5817220	10851040
Итого:	10103280	2138136	32072004	17852848	33301468

1.2 Расчет годовой мощности шахты

Проектная мощность шахты - это максимально возможная добыча угля установленного качества в единицу времени определённое проектом.

Фактическая мощность шахты - это максимальная добыча угля в единицу времени определённая с учётом фактического состояния горных пород.

Существует параметрический типовой ряд годовых мощностей шахт:

1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,2; 4,5; 4,8; 5,1; 5,4; 5,7; 6,0; 6,3; 6,6; 6,9; 7,2; 7,5.

При проектировании, когда известны горно-геологические и горнотехнические условия шахты - новостройки, проектную мощность рекомендуется определять по формуле, предложенной проф., д.т.н. А.С. Малкиным:

, тыс. т/год, (12)

где:

К_н. - надежность технологической схемы шахты, включая очистной забой, подземный транспорт, проветривание, околоствольный двор, подъем, поверхность шахты и пр.

При делении шахтного поля на блоки, панельном или погоризонтном способе подготовки блока и подъеме угля по вертикальным стволам К_н = 0,8 -- 0,9.

При индивидуальной (не блоковой) схеме отработки запасов, панельной подготовке шахтного поля и подъеме угля по вертикальным стволам К_н = 0,75 -- 0,85; то же , но при этажной подготовке К_н = 0,6 -- 0,75.

При индивидуальной отработке, панельной подготовке, фланговой схеме проветривания шахтного поля и подъеме угля по наклонным стволам К_п = 0,7 -- 0,8.

К₁ - коэффициент, учитывающий влияние количества рабочих угольных пластов в шахтном поле (n₁) и находящихся в одновременной отработке (n₂).

Определяется по формуле:

, (13)

Коэффициент К1 равен:

К₂ -коэффициент, учитывающий влияние уровня нагрузки на очистной забой, условий его работы.

Определяется по формуле:

(14)

где: - коэффициент, учитывающий условие работы забоев, характерных для условий данного месторождения. Для Кузбасса = 0.0016.

mср - средняя мощность отрабатываемых пластов.

mо.пласт. - мощность отрабатываемого пласта.

Ао.з.мес. - месячная нагрузка на очистной забой(т/мес.),

Средняя мощность рассчитывается по формуле:

mср = (m1+m2+m3)/3, (15)

Средняя мощность равна:

mср = (2.8+2.9+3.2)/3=2.96м.

Ао.з.мес. определяется по формуле:

(16)

где: L -длина лавы(100-300), м;

m_{о.пласт} - мощность отрабатываемого пласта, м;

n-количество циклов за сутки (10),

г - средняя плотность угля (1.32), т/м³;

С- коэффициент извлечения угля по выемочному участку (0,95-0,97);

N- число рабочих дней в месяце (30);

r - глубина вруба (0,5;0,63;0,8);

Ао.з.мес. равна:

, т/мес.

Коэффициент К2 равен:

К3 - коэффициент, учитывающий влияние угла падения пласта и глубины разработки.

К3 рассчитывается по формуле:

К3 = 1+ Нв/Нн (17)

где: Нв - глубина верхней границы шахтного поля( Нв = Ннаносы ),

Нн - глубина нижней части шахтного поля,

Нн определяется по формуле:

Н_н =нв + Нsinб (18)

Нн равна:

Н_Н=14+3500sin19=1134м

Агод равна:

тыс. т/год

По параметрическому ряду мощностей шахт Агод.=3.

1.3 Расчет срока службы шахты

Режим работы шахты по добыче угля следует принимать:

число рабочих дней в году -- 360;

число рабочих смен по добыче угля в сутки -- 3;

продолжительность рабочей смены на подземных работах-- 6 ч.(одна смена ремонтно-подготовительная);

Полный срок службы шахты рассчитывается по формуле:

Т_n=t₁+T_P+t₂ , лет (19)

где: t₁- период освоения проектной мощности шахты (2-3 года)

T_P- рабочий срок службы шахты

t₂- период затухания горных работ (2-3 года)

Рабочий срок службы шахты рассчитывается по формуле:

T _p= ₍₂₀₎

Рабочий срок службы шахты равен:

Т_р=180512.13/3000=60.2 лет.

Полный срок службы шахты равен:

Т_n=2+60.2+2=64 лет.

2. ВЫБОР СПОСОБА И СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Для того чтобы приступить к извлечению полезного ископаемого, необходимо детально разведать месторождение, разработать проект, в котором предусмотреть способ вскрытия и подготовки шахтного поля, построить горное предприятие и сдать его в эксплуатацию.

Существует три стадии разработки угольного месторождения:

Вскрытие запасов шахтного поля

Подготовка вскрытых запасов к очистным работам

Очистные работы

Вскрытие запасов шахтного доля - проведение горных выработок с земной поверхности для обеспечения доступа к полезному ископаемому.

Подготовка вскрытых запасов к очистным работам - проведение комплекса горных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающих возможность ведения очистных работ; подготовка создает условия для монтажа и работы очистного оборудования, для вентиляции рабочих мест, транспортирования отбитого угля, доставки в забои оборудования и материалов, подачи пневмо - и электроэнергии.

Очистные работы - отделение полезного ископаемого от массива в очистных забоях.

2.1 Выбор способа вскрытия шахтного поля

Способ вскрытия - совокупность всех вскрывающих выработок шахтного поля с учетом их функционального назначения.

Способы вскрытия:

1.Вертикальными стволами;

2.Наклонными стволами;

3.Штольнями;

4.Комбинированный способ.

Основными факторами, определяющими выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля или его части, являются: число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, мощность наносов или покрывающей непродуктивной толщи, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности, производственная мощность шахты, размеры шахтного поля, срок службы шахты, подготовка шахтного поля, система разработки, схема вентиляции и др.

1.Вертикальными стволами, как правило, пересекают пласты полезного ископаемого или размещаются в породах лежачего или висячего бока вскрываемых пластов. Достоинства способа: широкий диапазон применения.

Недостатки способа: большая продолжительность строительства шахты и высокие капитальные затраты; относительно низкая пропускная способность и сложность эксплуатации подъемного транспорта.

2.Наклонными стволами, проводятся обычно по пласту полезного ископаемого или параллельно последнему в породах лежачего бока, однако в некоторых случаях наклонные стволы проводятся по вмещающим породам под некоторым углом к напластованию. Достоинства способа: малая продолжительность строительства шахты и низкие капитальные затраты; высокая производительность средств основного транспорта при угле падения менее 18?; возможность организации одноступенчатого транспорта.

Недостатки способа: ограниченность условий применения; большая протяженность и сложность поддержания наклонных стволов;

3. Штольни, как и наклонные стволы, могут проводиться по пласту или под углом к нему в породах лежачего или висячего бока. Используется в холмистой местности. Достоинства способа: простота основного и вспомогательного транспорта; простота проветривания; низкие капитальные затраты и сроки строительства шахт.

Недостатки способа: ограниченность условий применения.

Комбинированный способ вскрытия сочетает в себе элементы вышеупомянутых способов. Этот способ позволяет эффективнее реализовать достоинства и компенсировать недостатки присущие различным способам.

На основе исходных данных применяется способ вскрытия наклонными стволами. При данном расположении пластов под углом 19 градусов наклонный ствол проводится не по пласту, а по породам и под углом 18 градусов к горизонтальной поверхности.

2.2 Выбор схемы вскрытия шахтного поля

Схема вскрытия - пространственное расположение сети вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля.

Схемы вскрытия:

I. По количеству транспортных горизонтов делятся на:

1) Одногоризонтные;

2) Многогоризонтные;

1) Одногоризонтная схема вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом применяется при угле падения пластов 8? -- 18? и размерах шахтного поля по падению не более 2,5 км. Её отличают относительно большой объём наклонных капитальных выработок, снижающий эффективность производства из-за использования малопроизводительной канатной откатки, а также значительной утечки воздуха, возникающие при движении его по наклонным выработкам в противоположных направлениях.

2) Многогоризонтное вскрытие пологих пластов вертикальными стволами и капитальными квершлагами производится при углах падения пластов 8? -- 18? и размерах шахтного поля по падению от 2,5 до 4 км и более. Схема требует последовательной углубки стволов и проходки нескольких параллельных квершлагов. Если верхняя граница шахтного поля находится сравнительно близко от земной поверхности, для проветривания выработок в каждой панели первого горизонта проходят шурфы или сооружают один фланговый ствол у границ смежных панелей и вентиляции квершлагов.

II. По типу дополнительных вскрывающих выработок:

1) с квершлагами;

2) с гезенками;

3) со слепыми стволами;

III. По расположению главных вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля:

1) Центрально-сдвоенное расположение стволов;

2)Центрально-отнесенное расположение стволов;

3) Диагональное расположение стволов;

4) Фланговое расположение стволов;

5) Секционное расположение стволов;

6) Комбинированная схема расположения стволов.

1) Центрально-сдвоенное расположение стволов имеет существенные преимущества по сравнению с центрально-отнесенным и диагональным расположение стволов. При наличии двух стволов один из них служит для выдачи угля, а другой -- для вспомогательных операций. В результате пропускная способность стволов значительно возрастает. В данной схеме достигается более равномерное проветривание при разработке бремсбергового и уклонного полей, так как длина пути для воздушных струй в обоих случаях почти одинакова.

Она имеет весьма широкое распространение при разработке крутых пластов. Хотя эта схема и не запрещается на шахтах с пологими пластами, за исключением пластов; опасных по суфлярным выделениям и внезапным выбросам угля и газа, распространения она не получила, так как нисходящее движение струи отработанного воздуха по ходку не обеспечивает удовлетворительных условий проветривания шахты в целом, особенно на сильно-газовых шахтах.

2) Центрально-отнесенное расположение: главный ствол находится в центре шахтного поля, а вентиляционный -- у верхней границы.

Основным достоинством схемы является то, что при наличии на верхней границе поля шурфа можно обойтись одним стволом. В связи с этим уменьшаются капитальные затраты и в течение всего срока эксплуатации в шахте будет только восходящее проветривание.

Вместе с тем при наличии одного ствола резко ограничивается производственная мощность шахты, усложняется схема вентиляции, так как длина пути вентиляционной струи в различные периоды разработки бремсберговой и уклонной частей шахтного поля различна.

Расположение стволов по данной схеме можно применять на шахтах сравнительно небольшой производственной мощности, ограниченной пропускной способностью одного ствола, через который должны осуществляться подъем угля и породы, спуск людей, транспортирование материалов и оборудования.

3) В схеме диагональным расположением вентиляционных стволов проветривание несколько улучшается по сравнению с центрально-отнесенным расположение стволов, так как каждое крыло проветривается с помощью отдельных вентиляторов.

Недостатки, присущие схеме с центрально-отнесенным расположение стволов, в основном сохраняются и в этой схеме.

Данная схема рассчитана на шахты небольшой мощности, но с высокой газообильностью.

4) Фланговое расположение вспомогательных стволов может применяться при шахтных полях больших размеров по простиранию и при глубоком залегании пластов. Стволы целесообразно располагать на середине каждого крыла. Это обеспечивает минимальные расходы на проветривание.

При глубоком залегании пластов один ствол в центре шахтного поля не может обеспечить нормальной работы шахты, поэтому рядом необходимо иметь еще один ствол, т. е. необходимо применять комбинацию схем центрально-сдвоенного и флангового расположения стволов. Для отвода исходящей струи от верхней границы шахтного поля в вентиляционные стволы служат квершлаги. Необходимо отметить, что в данной схеме фланговые стволы могут служить также для подачи свежего воздуха в шахту, а центральный - для отвода исходящей струи, особенно если он оборудован скипами.

При блоковой отработке в шахтном поле два блока. В центре каждого блока два ствола, обеспечивающие независимую вентиляцию в каждом блоке. Два ствола в центре шахтного поля служат для выдачи всего груза, спуска материалов и людей.

При панельной подготовке проветривание бремсберговой части шахтного поля может осуществляться через вспомогательные стволы, как при центрально-отнесенном, фланговом или комбинированном расположение стволов, но для этого у верхней границы шахтного поля надо иметь общий вентиляционный штрек. Для проветривания уклонных панелей необходимо иметь такой же вентиляционный штрек параллельно главному откаточному штреку, а из него отводить исходящую струю в вентиляционный ствол.

При небольшой глубине залегания у верхней границы шахтного поля целесообразно иметь в каждой бремсберговой панели свой вентиляционный шурф.

5) Комбинированная схема применяется значительно чаще на крупных шахтах с пологими пластами, в которой сочетаются достоинства центрально-отнесенного и центрально-сдвоенного расположений стволов. Для проветривания бремсберговой части шахтного поля служит вентиляционный ствол, расположенный у верхней границы поля, а уклонная часть поля проветривается через центральные стволы.

На основании исходных данных, угол наклона пластов равен 22?, размера шахтного поля по падению 3700м и простиранию 1600м, принимается способ вскрытия шахтного поля наклонными стволами, вскрывается первый пласт до глубины 800м. Схема вскрытия выбирается одногоризонтная, с дополнительными квершлагами и фланговым расположением стволов, исходя и размеров шахтного поля, она позволит наиболее эффективно обеспечить вентиляцию шахты, доступ к пластам и транспорт угля на поверхность.

IV. По расположению главных вскрывающих выработок:

1). По пласту и по породе.

2). По пласту.

3). По породе.

V.По виду вспомогательной вскрывающей выработки:

1). Капитальный.

2). Погоризонтный.

3). Блоковый.

4). Панельный.

5). Этажный.

На основании исходных данных выбирается многогоризонтная схема вскрытия с использованием погоризонтных квершлагов. Шахтное поле делится на две бремсберговые части по 1300м и 1000м (для уменьшения длины наклонного ствола) и одну уклонную часть равную 1200м.

2.3 Безопасность ведения горных работ при вскрытии шахтного поля

Вскрытие и подготовка шахтных полей с опасными и угрожаемыми по внезапным выбросам пластами должны обеспечивать максимальное использование опережающей отработки защитных пластов, заложение подготовительных выработок в неопасных пластах и защищенных зонах и в невыбросоопасных породах, наименьшее число пересечений выбросоопасных пластов, применение столбовых систем разработки, рассредоточение вентиляционных потоков в шахтном поле, возможность секционного проветривания и подсвежения исходящих струй выемочных участков, обособленное проветривание подготовительных забоев, отработку пластов без оставления целиков. Порядок отработки пластов согласовывается Госгортехнадзором России.

На вскрытие, проведение подготовительных выработок на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам пластах разрабатывается и пересматривается не реже одного раза в год комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа, который должен пройти экспертизу промышленной безопасности. Комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа утверждается руководителем организации.

На основании комплекса мер разрабатываются паспорта вскрытия пласта, а также мероприятия по борьбе с выбросами для включения в паспорт выемочного участка и паспорт проведения и крепления выработок.

Паспорта на вскрытие выбросоопасных пластов, а также на отработку особо выбросоопасных пластов или участков, изменения и дополнения к ним согласовываются и утверждаются техническим руководителем организации. Паспорта на отработку выбросоопасных пластов и вскрытие угрожаемых пластов проходят экспертизу и утверждаются техническим руководителем организации.

3.Технология вскрытия и подготовительных работ, способы предотвращения внезапных выбросов и горных ударов, оборудование, необходимое для этих целей, выбираются с учетом требований по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа и склонных к горным ударам, установленных Госгортехнадзором России.

Вскрытие пластов, ведение очистных и подготовительных работ на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам и горным ударам пластах допускается в случае, когда забой находится или приведен в невыбросоопасное и неудароопасное состояние. Выполнение прогноза выбросоопасности перед вскрытием пласта, включая измерение необходимых параметров, должно осуществляться под методическим контролем представителя экспертной организации.

3. ВЫБОР СПОСОБА И СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ШАХТНОГО ПОЛЯ

3.1 Выбор способа подготовки шахтного поля

После вскрытия шахтного поля приступают ко второй стадии разработки месторождения полезного ископаемого, которая позволяет начать очистные работы в очистных забоях.

Способ подготовки шахтного поля - расположение подготовительных выработок в шахтном поле или его части, относительно пласта и элементов его залегания.

По расположение подготовительных выработок относительно пласта различают:

1. Пластовый способ;

2. Полевой способ;

3. Пластово-полевой способ (комбинированный).

1. Пластовый способ подготовки - это способ подготовки, при котором весь комплекс подготовительных выработок проводится по пласту.

Достоинства способа: попутная добыча угля; получение дополнительной информации об элементах залегания угля; более высокая скорость проведения выработок, малая продолжительность подготовки.

Недостатки способа: дополнительные расходы на поддержание выработок; ограниченная область применения на пластах опасным по внезапным выбросам угля и газа, а так же пластах склонных к самовозгоранию.

2. Полевой способ подготовки - это способ подготовки, при которой весь комплекс подготовительных выработок проводится по породе.

Достоинства способа: расположение выработки вне зоны влияния очистных работ; хорошие условия поддержания выработок; возможность применения на пластах склонных к самовозгоранию.

Недостатки способа: сложные условия проведения выработок в породах с твердостью 5-6 и более; низкие темпы проведения выработок и большая продолжительность подготовки пластов.

3. Пластово-полевой способ - это способ подготовки представляет собой комбинацию двух вышеперечисленных способов.

При подготовке пластов в свите различают два способа подготовки:

1. Индивидуальный способ;

2. Групповой способ.

Индивидуальная подготовка - это способ, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится для каждого пласта. Индивидуальная подготовка может быть как полевой, так и пластовой. Способ применяется при мощности междупластий >50м.

Групповой - это способ подготовки, при котором комплекс подготавливающих выработок (групповые выработки) используется для одновременной отработки двух и более пластов.

Принимается пластовый способ подготовки шахтного поля, т.к. это позволит увеличить скорость ведения подготовительных работ и обеспечит попутную добычу угля. При подготовке пластов в свите принимается индивидуальный способ подготовки.

3.2 Выбор схемы подготовки шахтного поля

Схема подготовки - характерное расположение подготовительных выработок, обеспечивающие деление шахтного поля на части удобные для отработки.

Различают следующие схемы подготовки:

1. Погоризонтная схема;

2. Этажная схема;

3. Панельная схема;

4. Комбинированная схема.

1. Погоризонтная схема подготовки - это пространственное расположение горных выработок, делящее шахтное поле транспортными горизонтами на выемочные ступени, отрабатываемые по падению и восстанию.

Системы погоризонтной подготовки применяются при разработке пластов с углами падения до 12?. При создании эффективных средств выемки и транспорта для работы по падению (восстанию) системы погоризонтной подготовки могут применяться и с большими углами падения (до 18?). Системы погоризонтной подготовки позволяют:

- упростить подготовку шахтного поля и схему транспорта угля в шахте;

- уменьшить протяженность и объем выработок по подготовке шахтного поля;

- обеспечить стабильность длины лавы;

- уменьшить вероятность встречи нарушений, поскольку последние в большинстве случаев располагаются в направлении падения пластов или близко к нему;

- уменьшить поступление метана из выработанного пространства в лаву, исключить вывалы угля в призабойное пространство, повысить безопасность работ на пластах, опасных по выбросам угля и газа (при отработке выемочных, участков по падению);

- сократить приток воды в призабойное пространство (при отработке выемочных участков по восстанию);

Недостатки погоризонтной системы подготовки, кроме ограничения области применения только пологими пластами, связаны с дополнительными трудностями, обусловленными проведением и перевозкой людей и материалов по длинным наклонным выработкам.

2. Этажная схема подготовки - это совокупность выработок делящих шахтное поле на этажи, которые делятся на выемочные столбы.

Этажная подготовка применяется на пластах с углами падения более 18?. Кроме того, в некоторых случаях она находит применение на пологих пластах; при вскрытии шахтных полей наклонными стволами, пройденными по пласту; при вскрытии шахтных полей вертикальными стволами с ограниченными размерами шахтного поля по простиранию; при разработке сильно газоносных пластов.

Системы этажной подготовки для индивидуальной отработки пластов применяются, как правило, на наклонных пластах. Системы, предусматривающие подготовку для групповой отработки нескольких пластов, применяются на наклонных, круто-наклонных, и крутых пластах.

Этажная подготовка применима при любых вариантах вскрытия, допускает широкое варьирование в сочетании с системами разработки и пригодны для подготовки, как отдельных пластов, так и целой свиты их. В последнем случае всегда предпочтительнее объединять близкорасположенные пласты для групповой подготовки и отработки, которая уменьшает общий объем подготовительных работ, создает благоприятные условия для работы внутри шахтного транспорта и уменьшает затраты на поддержание выработок.

3. Панельная схема подготовки - это совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на панели, панели в свою очередь делятся на ярусы, ярусы на выемочные столбы.

Панельные системы подготовки шахтных полей, как правило, применяются при разработке горизонтальных и пологих пластов с углами падения до 18?. На пластах с углами падения более 18? для обеспечения конвейерной доставки угля по уклонам их проводят диагонально к линии падения пласта с таким расчетом, чтобы угол наклона конвейеров не превышал 18?. Размер панели по падению 1200-1500м, по простиранию 3500-4000м.

Панельная система подготовки, как правило, применяется на крупных шахтах, а при полной конвейеризации шахты и других благоприятных условиях позволяет создавать и очень крупные по мощности предприятия с годовой добычей угля 6 млн. т и более.

Достоинства панельной системы подготовки:

- возможность создания крупных по мощности шахт за счет одновременной работы в нескольких панелях и обеспечения благоприятных условий для применения наиболее эффективного конвейерного транспорта;

- использование откаточных выработок одного горизонта для подготовки и отработки, значительных по объему запасов уменьшает их удельную стоимость и сокращает число углубок стволов;

- бесперегрузочная перевозка материалов колесным транспортом от склада до забоя и обратно;

- сравнительно малый объем постоянно поддерживаемых выработок;

- большая нагрузка на отдельный пласт и панель, способствующая высокой концентрации горных работ.

Недостатки панельной системы подготовки:

- ограничение области применения пологими и наклонными пластами;

- сложность в обеспечении надежного проветривания длинных бремсберговых и особенно уклонных полей, имеющих одновременно в работе несколько подготовительных и очистных забоев;

- трудности при эксплуатации длинных наклонных выработок.

Схема подготовки выбирается панельная, т.к. угол падения пластов 19?, и размер шахтного поля по падению 3500м, по простиранию - 5200м. Эта схема позволит использование откаточных выработок одного горизонта для подготовки и отработки, значительных по объему запасов уменьшает их удельную стоимость и сократит число углубок стволов.

3.3 Безопасность ведения горных работ при подготовке шахтного поля

1.При проведении подготовительных выработок с подрывкой боковых пород отставание породного забоя от угольного должно быть не более 5м.

При проведении выработок по углю широким забоем при ширине раскоски более 5м необходимо иметь соединенный со штреком закрепленный косовичник, служащий запасным выходом и вентиляционным ходком.

В подготовительных выработках, проводимых вслед за очистным забоем, отставание породного забоя от угольного забоя лавы не должно превышать 5м, если в очистной выработке применяется индивидуальная крепь, 8м - при механизированной крепи и 11м - при выемке угля стругами.

2.Запрещается продолжение проходки вертикальной выработки после сооружения ее устья без предварительного перекрытия на нулевой отметке, а также проходка и углубка ствола (шурфа) без защиты полком рабочих, находящихся в забое от возможного падения предметов сверху.

Кроме того, забой углубляемого ствола должен быть изолирован от действующих подъемов рабочего горизонта предохранительным устройством (полком или целиком).

Полки в стволе (шурфе) должны сооружаться по проектам, утвержденным техническим руководителем организации, выполняющей работу.

Запрещается выемка предохранительного целика или разборка полка в углубляемом стволе без проекта, согласованного с техническим руководителем эксплуатирующей организации и утвержденного техническим руководителем организации, выполняющей работу.

3.Подготовительные работы в установленных прогнозом опасных зонах необходимо проводить с применением способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа и контролем их эффективности или с помощью сотрясательного взрывания в порядке установленном Госгортехнадзором России.

4.При проведении подготовительных выработок по угольным пластам в установленных текущим прогнозом выбросоопасных зонах должна применяться, как правило, рамная крепь со сплошной перетяжкой пространства между рамами и обязательным забучиванием пустот в закрепленном пространстве.

5.В наклонных выработках, предназначенных для передвижения людей, должен быть свободный проход шириной не менее 0,7м и высотой 1,8м, оборудованный при углах наклона:

от 7 до 10 град. - перилами, прикрепленными к крепи;

от 11 до 25 град. - трапами с перилами;

от 26 до 30 град. - сходнями со ступеньками и перилами;

от 31 до 45 град. - лестницами с горизонтальными ступеньками и перилами.

В лестничных отделениях стволов и других выработок с углом наклона от 45 до 90 град, лестницы должны устанавливаться с уклоном не более 80 град, и выступать на 1м над горизонтальными полками, прочно заделываемыми в крепь с интервалом не более 8м. Лазы в полках должны иметь размеры:

ширина - не менее 0,6м;

высота - не менее 0,7м (по нормали к лестнице).

Лазы над первой верхней лестницей должны закрываться лядами. Лазы в стволах и других выработках между соседними полками должны быть смещены на ширину лаза.

Расстояние между крепью и лестницей у ее основания должно быть не менее 0,6м. Ширина лестниц должна быть не менее 0,4м, а расстояние между ступенями - не более 0,4м.

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

Система разработки - установленный порядок ведения подготовительных и очистных работ увязанных во времени и пространстве в пределах этажа, яруса или горизонта.

Факторы, влияющие на выбор системы разработки:

1. Мощность пласта;

2. Угол падения пласта;

3. Механические свойства полезного ископаемого;

4. Свойства боковых пород;

5. Водоносность;

6. Склонность угольных пластов к самовозгоранию;

7. Глубина разработки.

Системы разработки пластовых месторождений разделяются на два основных класса в зависимости от порядка ведения очистных и подготовительных работ:

1. Сплошная система разработки;

2. Столбовая система разработки.

1. Сущность сплошных систем разработки состоит в одновременном ведении очистных и подготовительных работ в выемочном поле; при этом лава и забои обслуживающих ее выработок движутся в одном направлении, как правило, от бремсбергов, уклонов или квершлагов к границам выемочного поля.

Принципиальная сущность сплошных систем определяет ряд важных особенностей; связанных с их применением, главными из которых являются: обеспечение постоянного динамического равновесия между очистными и подготовительными работами; поддержание выработок позади очистного забоя в зонах интенсивного влияния опорного давления.

Сплошные системы разработки применяют в основном на тонких и реже на пластах средней мощности при любых углах падения.

Средняя мощность пластов, отрабатываемых сплошной системой разработки, для разных бассейнов различна и изменяется от 0,93 до 1,5м. Средняя длина лавы при этих системах изменяется в пределах 110 -- 170м.

Областью применения сплошной системы являются пласты сверхкатегорийные по газу и склонные к внезапным выбросам угля и газа, пласты с пучащими породами почвы и кровли, позволяющими проводить и поддерживать выработки в зоне влияния выработанного пространства.

Достоинствами сплошных систем разработки являются: небольшая протяженность подготовительных выработок, проводимых до начала очистных работ в выемочном поле (ярусе), и, следовательно, небольшой срок его подготовки; отсутствие глухих забоев подготовительных выработок, упрощающих схему вентиляции.

В качестве основных недостатков сплошных систем разработки необходимо отметить следующие: большие расходы на ремонт подготовительных выработок; отсутствие предварительной разведки пласта горными выработками.

2. Столбовые системы разработки характеризуются независимым ведением очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля. На момент начала функционирования очистного забоя все подготовительные выработки, соединяющие забой с системой откаточных и вентиляционных выработок шахты, должны быть пройдены на полную длину.

В этой связи главной особенностью столбовых систем разработки является отсутствие взаимного влияния подготовительных и очистных работ, что весьма положительно сказывается на эффективности использования современного высокомеханизированного очистного и проходческого оборудования.

Областью применения этих систем являются тонкие, средней мощности и мощные угольные пласты.

Существуют три дополнительных признака систем разработки:

1. Технология выемки угля;

1.1. Длинными очистными забоями;

1.1.1. Выемка на полную мощность;

1.1.2. Слоевая выемка;

1.1.1.Система разработки длинными столбами лава-этаж предполагает размещение в пределах этажа одной лавы.

Подготовка этажа может осуществляться пластовыми или полевыми выработками. При пластовой подготовке от главных наклонных выработок параллельно с откаточным штреком проводят вентиляционный штрек (просек). Расстояние между штреками принимается 15 -- 25м. Между собой штреки соединяются вентиляционными печами. На границе выемочного поля штрек соединяется разрезной печью. По мере подвигания лавы вентиляционный штрек постепенно погашается. При этом частично погашаются и надштрековые целики.

Свежая вентиляционная струя поступает по откаточному штреку в лаву. Исходящая струя отводится к стволу по этажному вентиляционному штреку.

При полевой подготовке выемочное поле готовится: полевыми откаточными и вентиляционными штреками, проводимыми в почве пласта, и пластовыми вентиляционным и конвейерным штреками, периодически соединяемыми наклонными гезенками (скатами, квершлагами) с соответствующими полевыми штреками. Свежая струя поступает по полевому откаточному, штреку, гезенку, конвейерному штреку в лаву, а исходящая струя выходит через вентиляционный штрек в соответствующий гезенк на полевой вентиляционный штрек.

Полевая подготовка позволяет поддерживать в хорошем состоянии этажные штреки, но вместе с тем значительно возрастает трудоемкость проведения этих выработок по сравнению с пластовой подготовкой.

Основным достоинством столбовой системы разработки: является простота и надежность схем участкового транспорта и вентиляции, что наиболее важно для современных высокомеханизированных средств очистных работ. Недостатком системы является невысокая степень концентрации работ.

1.1.2. Пласты, выемка которых затруднена сразу на всю мощность, разделяют на отдельные слои. Существует несколько способов расположения слоев: наклонные слои, расположенные параллельно плоскости напластования; поперечно-наклонные слои, расположенные с наклоном около 30? между висячим и лежачем боками пласта; горизонтальные слои, ограниченные горизонтальными плоскостями.

При слоевой выемке слои в пласте могут отрабатываться в нисходящем (восходящем) или комбинированном порядке. Нисходящий порядок предполагает первоначальную выемку верхнего слоя, а затем нижележащих слоев. При восходящем порядке выемка слоев производится, начиная с нижнего слоя. Выбор того или иного порядка, высоты отдельных слоев зависит от физико-механического состава и свойств вмещающих пород и угля, мощности и угла падения пласта.

Областью применения системы разработки наклонными слоями с обрушением кровли являются мощные пологие и наклонные пласты без существенной тектонической нарушенности. Применение этой системы разработки на наклонных и крутых пластах ограничено условиями управления кровлей и средствами механизации основных производственных процессов.

1.2. Короткими очистными забоями;

1.2. К группе систем разработки короткими очистными забоями относят системы, длина очистных забоев которых не превышает 20м. При коротких забоях все процессы очистной добычи упрощаются, в результате чего значительно увеличивается скорость их подвигания, причем одновременно в действии может находиться большое число забоев, что обеспечивает высокую нагрузку на пласт. Вместе с тем системы разработки короткими забоями имеют крупный недостаток -- высокие потери полезного ископаемого.

Системы разработки короткими очистными забоями системы разработки могут эффективно применяться в первую очередь на пологих пластах угля и горючих сланцев средней мощности, не склонных к самовозгоранию, не опасных по горным ударам, имеющих устойчивые боковые породы и залегающие на сравнительно небольшой глубине. В условиях крутых пластов камерные системы могут применяться только при слоистых породах кровли средней устойчивости.

2. Подвигание очистного забоя;

2.1. По простиранию;

2.2. По падению;

2.3. По диагонали;

3. Технологическая схема ведения очистных работ с делением:

3.1. Этажа на подэтажи;

3.2. Яруса на подъярусы;

3.1. Система длинных столбов по простиранию с разделением этажа на подэтажи широко применяется при разработке крутых пластов мощностью 1,2 -- 2,4 м. Для подготовки к выемке при этой системе проводят этажные штреки, сбиваемые между собой скатами. От скатов проводят промежуточные штреки, число которых зависит от наклонной высоты этажа, устойчивости боковых пород и принятого способа выемки. По мере подвигания очистного забоя промежуточные штреки погашают.

Управление кровлей чаще всего производится способом полного обрушения, а иногда -- полной закладки. В большинстве случаев посадку пород кровли при полном обрушении производят на органную крепь, в некоторых случаях -- на режущие целики. К последним прибегают в том случае, если при применении органной крепи не удается избежать завалов в призабойном пространстве. Иногда кровлей управляют способом полной закладки с перепуском закладочного материала с верхнего горизонта.

Очистные выработки проветривают, как правило, последовательной струей с подсвежением воздуха, поступающего в верхние подэтажи. Для проветривания одиночных тупиковых выработок применяют вентиляторы местного проветривания. При высокой газоносности разрабатываемых пластов применяют обособленное, проветривание лав верхнего и нижнего подэтажей.

Уголь вынимают с опережением верхних подэтажей на двойной шаг обрушения кровли, т. е. на 10 -- 12 м. Добытый уголь транспортируют на передний скат.

3.2. При панельной подготовке ярус разбивают на два подъяруса или больше. В зависимости от горно-геологических условий возможны две схемы подготовки лав к очистной выемке.

При необходимости осуществляют обособленное проветривания лав. Ярусные и подъярусные штреки проводят спаренными или с просеками. Уголь транспортируется из лав на отдельный штрек, а затем на панельный бремсберг. Обычно в пределах панели осуществляют полную конвейеризацию.

Межштрековые охранные целики принимаются в зависимости от размеров зоны опорного давления, срока службы штреков.

По мере отработки лав обратным ходом запасы в целиках частично извлекают. Ярусы отрабатывают в нисходящем порядке. Верхние лавы опережают нижнюю на 10 -- 20 м. При делении яруса на подъярусы длина лав колеблется в пределах 100 -- 180 м.

При последовательном проветривании лав ярусные и подьярусные штреки проводят одинарными. По мере отработки яруса погашают все штреки. Следовательно, откаточный ярусный штрек не используется как вентиляционный для следующего яруса, и в последнем по угольному массиву заново проводят ярусный вентиляционный штрек. В результате между ярусами остаются барьерные целики, уголь из которых частично выбирают по мере погашения вентиляционного ярусного штрека.

При этой схеме добытый уголь из обеих спаренных лав транспортируется на общий сборный штрек, а опережение между лавами принимают равным 2 -- 4 м.

4. Специальные системы разработки;

4.1. Щитовая система разработки;

4.2. Камерно-столбовых система разработки;

4.3. Система разработки без постоянного присутствия людей в очистном забое.

4.1. Сущность системы разработки с выемкой пласта на полную мощность состоит в том, что выемочное поле разделяется на столбы, вытянутые по падению пласта. Каждый такой столб разрабатывается самостоятельно с применением одного щита. Щит ограждает очистной забой от обрушенных пород кровли. Ширина выемочного столба по простиранию на 2 м больше длины очистного забоя (щита) за счет того, что между очистными забоями (щитами) оставляются целики угля шириной 2 м на всю высоту этажа. Эти целики ограждают щитовой забой от прорыва обрушенных пород со стороны отработанного столба. Длина щитового столба равна наклонной длине этажа. Направление выемки столба от вентиляционного штрека к транспортному. Порядок отработки щитовых столбов принят обратный, от границы выемочного поля к квершлагу. Очистной забой располагается по простиранию пласта и перекрывается щитовой крепыш, который перемещается по падению пласта вслед за подвиганием очистного забоя. Очистные работы ведутся буровзрывным способом.

Длина щитового забоя обоснована в результате долголетней инженерной практики, которая показала, что при длине забоя 24 -- 30 м достигается наиболее надежное выполнение важнейшей технологической операции -- управление щитом. Выемочное поле обычно однокрылое. Длина его 200 -- 300 м.

4.2. Камерно-столбовых система разработки является комбинацией камерных и столбовых систем разработки. Вначале проводят камеры, которыми нарезают междукамерные столбы, отрабатываемые обратным ходом. В связи с этим при камерно-столбовых системах разработки используются два типа забоев; камеры и заходки. Из забоев камер добывают 25 -- 50%, а из заходок, погашающих столбы, 50 -- 75% извлекаемого угля. Целики обычно извлекаются не полностью, но потери при камерно-столбовой системе разработки, как правило, меньше, чем при камерной, и составляют 25 -- 35%, а в отдельных случаях. 12 -- 18%.

При камерно-столбовой системе, когда ширина камер составляет 4 -- 12м, ширину междукамерных целиков принимают равной 4 -- 15м. Проведение камер начинают с горловины. При двустороннем расположении камер длину их принимают равной 80 -- 100 м. Таким образом, камерами нарезают длинные столбы, которые затем вынимают обратным ходом. Столбы вынимают обратным ходом на всю ширину столба или отдельными заходками. В последнем случае теряется больше полезного ископаемого и не устраняется опасность возникновения эндогенных пожаров.

Уголь в камерах и столбах вынимают буровзрывным и механическим способами. По мере выемки в камерах, со стороны горловины, наращивают конвейер, который используют и при выемке столбов.

Ширину камер подбирают с учетом горного давления. Давление вышележащих горных пород в период выемки камер воспринимают междукамерные целики.

Для устойчивости кровли в период выемки целиков необходимо, чтобы общая линия забоев была прямолинейной.

4.3. При системе разработки без постоянного присутствия людей в очистном забое нахождение людей для управления и выполнения работ по обслуживанию очистного оборудования, а также профилактических, наладочных и ремонтных работ на выемочном участке, предусматривается в подготовительной или капитальной выработке.

Достоинства этих систем:

- исключают необходимость присутствия человека в наиболее трудных и опасных условиях подземных работ (усиленное горное давление, запыленность, загазованность, стесненность и т. п.), особенно на пластах, опасных по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа;

- вовлекают в разработку весьма тонкие (меньше 0,6 м), а также сильно нарушенные со сложной гипсометрией пласты, эффективная разработка которых другими известными в настоящее время системами затруднена или вовсе невозможна;

- имеют сравнительно невысокую стоимость применяемого оборудования и отличаются простотой технологического процесса выемки.

Недостатки систем разработки без постоянного присутствия людей в очистном забое:

- нестабильность показателей функционирования системы во времени;