Деление шахтных полей на части

ДЕЛЕНИЕ ШАХТНЫХ  ПОЛЕЙ НА ЧАСТИ

Для обеспечения  рациональной и экономически эффективной  отработки запасов шахтное поле независимо от занимаемой им площади, как правило, делят на более мелкие части. Поэтому прежде чем рассматривать вопросы вскрытия, необходимо четко представить себе, на какие части делится шахтное поле, так как вскрытие шахтного поля, деление его на части и способы подготовки взаимно зависимы и увязаны между собой основными параметрами.

Различают шахтные  поля с делением и без деления  на блоки (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Деление шахтного поля: а — без блоков; б — с блоками; стволы: 1— главный; 2 — вспомогательный; 3 — воздухоотводящий; 4 — воздухоподающий

 

Блок —  часть шахтного поля, вскрытая с  поверхности воздухоподающими и  воздухоотводящими блоковыми стволами, предназначенными для обеспечения независимого (секционного) проветривания выработок, расположенных в его границах, спуска-подъема людей, материалов, оборудования. Подъем полезного ископаемого и породы осуществляется по главным стволам, которые обслуживают все блоки данного шахтного поля. Блок, в границах которого располагаются главные стволы, называется центральным.

В любом случае при разработке пологих угольных пластов шахтное поле в зависимости  от его размеров по падению при  вскрытии вертикальными стволами дополнительно  делят на две, три и более примерно равные части. Каждую такую часть  называют горизонтом, или ступенью.

Горизонт (ступень) — это часть шахтного поля, одной  из границ которого по падению является главный транспортный штрек, а второй — верхняя или нижняя граница шахтного поля. Боковыми границами горизонта служат границы шахтного поля по простиранию (рис. 2.2). Если шахтное поле делится на три в более горизонтов, то их границами по падению являются главные штреки транспортного и вентиляционного горизонтов. Размер горизонта по падению обычно находится в пределах 1000—1200 м„ «о иногда достигает и 1,5 км.

Часть шахтного поля, расположенную выше главного откаточного штрека, называют горизонтом по восстанию, а расположенную ниже откаточного штрека — горизонтом по падению. В этом случае вместо термина горизонт допускается применение термина «поле».

Поля по восстанию  и падению обслуживаются бремсбергами и уклонами. В этой связи их также  называют бремсберговыми и уклонными  полями.

Шахтное поле и, следовательно, горизонты делят  на крылья (см. рис. 2.2). Крылом называют часть шахтного поля, расположенную по одну сторону от вертикальной плоскости, проведенной вкрест простирания пласта и проходящей через вскрывающую выработку (вертикальный или наклонный ствол, капитальный бремсберг или уклон). Крылья обычно обозначают частями света (западное, восточное и др.).

Как исключение, при сложном рельефе поверхности  бывают и однокрылые шахтные поля, в которых вскрывающую выработку  сооружают около одной из границ шахтного поля.

Горизонты в  шахтном поле в зависимости от геологических, технических и экономических факторов делят на более мелкие части: этажи, панели, длинные столбы по падению или восстанию пласта. В этой связи различают этажный, панельный и погори-зонтный способы подготовки шахтного поля. Применяют и так называемый комбинированный способ подготовки.

 

 

Рис. 2.2. Деление шахтного поля на крылья и горизонты:

1 — ствол; 2 — главный откаточный штрек; 3 — шурф; I — бремсберговый горизонт (ступень); II — уклонный горизонт (ступень)

 

Способ подготовки шахтного поля является качественной характеристикой шахты, от которой  существенно зависят планировка горных работ и технико-экономические  показатели ее работы.

Рис. 2.3. Способы деления шахтного поля на части:

а —этажи; б — панели; в — выемочные столбы; г—комбинированная (смешанная) подготовка; 1 — главный ствол; 2 — вентиляционный ствол; 3 — главный откаточный штрек; 4 — бремсберг; 5 — уклон; 6 — выемочное поле; 7 —выемочный столб; I— VI — последовательность отработки этажей и панелей

 

Этажный способ подготовки. Если пласт в пределах шахтного поля или горизонта делят по падению на участки, вытянутые по простиранию, то такие участки называют этажами, а способ подготовки шахтного поля — этажным (рис. 2.3,а).

Этаж —  это часть пласта в шахтном  поле, границами которой по падению  являются штреки — откаточный и вентиляционный, а по простиранию — границы шахтного поля. Штреки, ограничивающие этаж, обычно называют этажными. Все этажи в пределах горизонта обслуживаются одним бремсбергом или уклоном, которые называются капитальными. На крутонаклонных и крутых пластах, в отличие от пологих, каждый этаж обслуживается своими квершлагами: снизу — откаточными, сверху — вентиляционными.

Расстояние  по линии падения пласта между  верхней и нижней границами этажа  называют наклонной высотой этажа.

Для пологих  и наклонных пластов наклонную  высоту этажа К_ъ определяют расчетом. Она может быть от 200 до 500 м. Необходимо, чтобы производственная мощность шахты при этом обеспечивалась очистными забоями, расположенными в пределах, только одного этажа.

Проекцию  наклонной высоты этажа на вертикальную плоскость называют вертикальной высотой  этажа. Вертикальная высота этажа определяется из выражения

h_B = h₃ sinα. (2.1)

При разработке крутых пластов вертикальную высоту этажа принимают из условий безопасного ведения горных работ: для пластов тонких и средней мощности— 120—130 м, для мощных — от 80 до 100 м. Наклонная же высота этажа определяется по» формуле (2.1).

Крыло горизонта  имеет размер по простиранию порядка 2 — 2,5 км, поэтому крыло этажа по простиранию можно дополнительно делить на более мелкие части — выемочные поля. К делению этажа на выемочные поля обычно прибегают при разработке пологих пластов и только в том случае, когда его наклонная высота в 2—3 раза превышает рациональную длину лавы. В этих условиях возникает необходимость деления выемочного поля по падению на два, реже три выемочных столба, в каждом из которых располагается по одной лаве. Для их обслуживания необходимо проходить в каждом выемочном поле участковые (промежуточные) бремсберги (скаты, квершлаги), ходки, штреки, конвейерные и вентиляционные.

Выемочное поле — часть пласта в пределах этажа, разработка которой осуществляется с применением участковых (промежуточных) бремсбергов, скатов или квершлагов. Размер выемочного поля по простиранию  на пологих пластах находится  в пределах 750—1500 м, на крутых 350—500 м.

Выемочный столб (участок)—часть пластав пределах выемочного поля, ограниченная по падению конвейерным  и вентиляционным штреками, а по простиранию — границами выемочного поля.

Панельный способ подготовки. Если пласт в пределах шахтного поля или горизонта делят по простиранию на участки, вытянутые по падению от верхней границы горизонта до нижней (рис. 2.3,6), то такие участки называют панелями, а способ подготовки шахтного поля — панельным.

Панель —  это часть пласта в пределах шахтного поля или горизонта, обслуживаемая  самостоятельным комплексом горизонтальных или наклонных транспортных и  вентиляционных выработок. Границами панели являются по падению границы горизонта, по простиранию граница шахтного поля или условные линии — границы смежных панелей. Размер панели по простиранию находится в пределах до 1500—2500 м, а по падению 1000—1200 м. По падению пласта панель делят на более мелкие участки, вытянутые по простиранию — ярусы.

Ярус —  это часть пласта в пределах панели, ограниченная по падению выемочными штреками (конвейерным и вентиляционным), а по простиранию — границами  панели.

Как и шахтное  поле, панель может быть однокрылой и двукрылой. Последние экономически выгоднее и технически совершеннее однокрылых: вдвое увеличивается число одновременно отрабатываемых лав, в результате при одинаковых размерах панели существенно уменьшаются расходы, отнесенные на тонну промышленных запасов, на поддержание наклонных выработок и штреков (в связи с сокращением времени отработки ярусов и панели), а также на транспортирование угля по наклонным выработкам (благодаря росту нагузки на транспортные средства за счет увеличения числа лав, одновременно обслуживаемых наклонной выработкой).

В практике имели место случаи, когда на одном  пласте одновременно разрабатывали  до четырех панелей, в пределах которых  размещалось до 16 лав.

В пределах горизонта в зависимости от соотношения  между размерами шахтного поля и  панели по простиранию может разместиться четное или нечетное число панелей. Панель, в пределах которой производится вскрытие пласта, называется центральной,   остальные — фланговыми.

Панельный способ деления шахтного поля на части по сравнению с этажным имеет  следующие преимущества: позволяет технически более просто увеличить нагрузку на пласт и, следовательно, концентрацию работ на одном пласте; обеспечивает большие возможности применения прогрессивного поточного конвейерного транспорта от очистного забоя до главного откаточного штрека, а также создает благоприятные условия для отработки ярусов от границ панели к наклонной выработке. Все это обеспечивает условия для высокопроизводительной работы очистных забоев.

Недостатки  панельного способа — необходимость  проведения большего числа наклонных  выработок, чем при этажном способе, и увеличение объема работы подземного транспорта по штрекам примерно на 20—30 % за счет «перепробега» грузов (угля) по штрекам

Этажный способ подготовки применяют, как правило, на наклонных, крутонаклонных и крутых пластах, а на пологих пластах  с углами падения до 18—20° он рекомендуется  при: вскрытии шахтных полей наклонными стволами, проходимыми по падению  пласта или пород лежачего бока; вскрытие вертикальными стволами, когда  мощность шахты может быть обеспечена работой ограниченного числа  лав (четырех-шести); шахтных полях  с ограниченными размерами по простиранию (до 4 км); разработке сильно газоносных пластов, особенно пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа или суфляр-ном выделении метана, в условиях которых необходимо применять способы подготовки и системы разработки с минимальным числом наклонных подготовительных выработок.

Панельный способ подготовки применяют, как правило, при разработке: горизонтальных пластов; пологих и наклонных пластов  при углах падения до 16—20°, когда  можно осуществить полную конвейеризацию транспорта; одного или ограниченного числа пластов, когда необходимо обеспечить большую проектную мощность шахты; пластов с переменным углом падения по линии их простирания, поскольку при этажном способе подготовки наклонная высота этажа изменялась бы по простиранию в весьма широких пределах; водообильных или нарушенных месторождений, когда участки между нарушениями являются своего рода панелями, и, наконец, при длине шахтного поля по простиранию не более 8 км.

Погоризонтный способ подготовки. В настоящее время широкое распространение получила и такая разновидность подготовки шахтного поля, при которой горизонт рассматривается как один этаж, границами которого являются главные откаточный и вентиляционный штреки. Горизонт делят на выемочные столбы, вытянутые по восстанию или падению пласта.

Если пласт  в пределах горизонта делят по простиранию месторождения на выемочные  участки, вытянутые по восстанию  или падению от верхней границы  горизонта до нижней, то такой способ подготовки называют погоризонтным (рис. 2.3, в).

В каждом участке (столбе) размещают одну или две  лавы, забои которых располагаются  по простиранию и перемещаются по падению пласта в бремсберговой  части шахтного поля и по восстанию — в уклонной. Лавы обслуживаются наклонными выработками.

Погоризонтный способ подготовки применяют: на пластах  с углами падения до 10—12° и  мощностью до 3,5—4 м, когда выемочный  столб отрабатывают по падению, и  до 6—8°, если выемка запасов происходит по восстанию пласта, а его мощность не превышает 2 м; при любой газоносности пластов и чем она выше, тем предпочтительнее применение этого способа; умеренной водообильности вмещающих пород. Погоризонтному способу также отдают предпочтение при сложной гипсометрии пласта, так как выемочные выработки в столбе проводят по направлению, что обеспечивает их параллельность, а также при наличии непереходимых геологических нарушений с расположением, близким к линии падения пласта, между которыми и размещаются выемочные столбы.

Применение  погоризонтного способа подготовки обусловлено расширением объема применения механизированных комплексов, для которых необходимо иметь стабильную длину лавы, а также увеличением природной газоносности пластов из-за перехода горных работ на большую глубину. При этом снижаются капитальные затраты на подготовку новых горизонтов, обеспечиваются условия для более производительной работы механизированных комплексов и, следовательно, роста нагрузки на лаву, обособленного проветривания источников выделения метана. Упрощается схема подземного транспорта.

Недостатки  погоризонтного способа связаны  с дополнительными трудностями, обусловленными проведением, особенно на шахтах, сверхкатегорных по газу (метану), и эксплуатацией длинных наклонных выработок.

Комбинированный способ подготовки. Если пласт в пределах отдельных горизонтов шахтного поля делят на .части различными способами, то такой способ подготовки называют комбинированным (рис. 2.3, г). При этом, например, бремсберговую часть шахтного поля делят на панели, а уклонную — на выемочные столбы.

Комбинированный способ подготовки шахтного поля применяется  при существенно изменчивых геологических  условиях залегания пластов (переменный угол залегания по линии падения, увеличение газоносности, выявление крупных геологических нарушений и др.), а также при необходимости увеличения добычи на шахте, особенно при ее реконструкции.

Для сравнительной  оценки и правильного выбора способа  подготовки шахтного поля необходимо учитывать конкретные горно-геологические  и горнотехнические условия. Однако из большого разнообразия влияющих факторов важнейшими являются удельные значения поддерживаемых и проводимых выработок, а также срок службы шахты. Установлено, что на шахтах со значительной удельной протяженностью проводимых выработок отмечается и наибольшая удельная протяженность поддерживаемых выработок.