Рассматривается технология одногоризонтного вскрытия шахтных полей вертикальными и наклонными стволами, а также штольнями при пологом и наклонном залегании угольных пластов

Цель – формирование умений принятия рациональных решений при одногоригонтных схемах вскрытия пологих и наклонных пластов

Определение. Одногоризонтными схемами вскрытия шахтных полей называются схемы, при которых c поверхности на глубине один раз вскрываются запасы и формируется грузопоток для выдачи на поверхность, а сроки службы горизонта и шахты равны.

Область применения. Пологие и наклонные угольные (от 0 до 18-25°), без ограничения по мощности и числа угольных пластов, а также расстояния между ними.

Размер шахтного поля по падению до 2, 4-3, 0 км и по простиранию до 4-6 км.

Производственная мощность шахты до 1, 2-1, 5 млн. т. в год при сроке службы шахты до 50-60 лет. Она может быть большей при увеличении числа вскрывающих выработок.

Расположение главных вскрывающих выработок зависит от размеров шахтного поля. По расположению вскрывающих выработок дают оценку эффективности и безопасности разработки месторождения.

Структура схемы вскрытия. Схема вскрытия шахтного поля включает: технологический поверхностный комплекс, главные вскрывающие выработки, сбойки, выработки околоствольного двора, дополнительные вскрывающие выработки (капитальные квершлаги, гезенки, наклонные квершлаги, скаты, капитальные бремсберги и уклоны, этажные квершлаги, гезенки и скаты). Количество дополнительных выработок зависит от числа разрабатываемых пластов, расстояния между ними и размера шахтного поля по падению. Расположение главных вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля может быть самым разнообразным. Название схемы вскрытия шахтного поля дается по расположению главных и вспомогательных вскрывающих выработок.

Технология одногоризонтного вскрытия запасов в шахтном поле предусматривает выполнение работ по вскрытию в следующей последовательности: проведение главных вскрывающих выработок до уровня откаточного горизонта и их сбойку для вентиляции, далее выполняют разделку ствола и сооружают околоствольный двор. В устье главных вскрывающих выработок воздухоподводящие и отводящие каналы оборудуют системой реверса воздушной струи. Затем производят собственно вскрытие пласта, проводя вспомогательные выработки.

Вентиляция. В шахту струю воздуха подают по главной вскрывающей вспомогательной выработке и далее по транспортным выработкам к очистным и подготовительным забоям. Отвод исходящей струи воздуха из шахты осуществляется через вентиляционные вспомогательные выработки, которые располагают на границах частей шахтного поля.

Транспорт. Полезные ископаемые и породу транспортируют по главной вскрывающей выработке. Применение транспортных средств не ограничивается.

Область применения. Вскрытие одиночного горизонтального пласта, имеющего небольшую волнистость по гипсометрии. Глубина залегания более 100 м.

Производственная мощность шахты до 1, 2 млн. т в год при размерах шахтного поля от 0, 6 до 2-3 км. Срок службы шахты до 40 лет. Угольные пласты средней мощности.

Типичные условия залегания угольных пластов Подмосковного бассейна (Россия), Днепровского буроугольного бассейна и пластов марганцевой руды в Никопольско-Марганецком бассейне.

Схема вскрытия. При вскрытии одиночного пласта главный и вспомогательный стволы располагают приблизительно по центру шахтного поля (рис. 2.1). Вспомогательные вскрывающие выработки отсутствуют (см. табл. 1.1). Ниже откаточного горизонта сооружают з умпф для накапливания воды, которая стекает по стенкам ствола, и приема скипа и загрузки его углем. Зумпф главного ствола имеет глубину 20-30 м, а вспомогательного ствола – 6-7 м.

Технология вскрытия. С поверхности проводят центрально-сдвоенные стволы таким образом, чтобы они пересекали пласт в самом низком месте и вода стекала в водосборник околоствольного двора. Для лучшей устойчивости выработки околоствольного двора сооружают в почве пласта. Там же бурят две скважины диаметром 0, 5-0, 6 м и оборудуют их специальными устройствами для спуска в шахту лесных длинномерных материалов.

Рис. 2.1. Схема вскрытия и подготовки одиночного угольного пласта:

1, 2 – штреки главного направления; 3 – сбойка; 4, 5 - панельные штреки.

На уровне откаточного горизонта запасы вскрывают (главными штреками) штреками главного направления 1 и2, соединяя периодически их сбойками 3 при длине шахтного поля до 1, 0 км. При больших его размерах. запасы подготавливают панельными штреками 4 и 5. При сложной конфигурации шахтного поля у технической границы дополнительно бурят вентиляционные скважины.

Вентиляция. При центрально-сдвоенном расположении главного и вспомогательного стволов в шахтном поле реализуется возвратноточная схема вентиляции горных выработок. Свежая струя воздуха поступает в шахту по вспомогательному стволу, по выработкам околоствольного двора и далее движется по главному откаточному и подготавливающему штрекам к очистному забою. Из забоя исходящая струя движется по вентиляционному подготовительному штреку на главный вентиляционный штрек и далее к выработкам околоствольного двора. На поверхность она выдается через главный ствол.

При наличии вентиляционных скважин у технических границ шахтного поля применяют центрально-отнесенную схему вентиляции. Исходящая струя движется по вентиляционным выработкам и выдается на поверхность через вентиляционные скважины.

Транспорт. На откаточном горизонте для доставки угля в околоствольный двор применяют локомотивный и конвейерный транспорт. По вертикальным стволам уголь выдают скипами, а породу, материалы, оборудование и людей поднимают и опускают клетями.

Выводы. Принятая схема вскрытия обеспечивает применение поточного вида транспорта и эффективную схему вентиляции при достаточно высокой годовой производственной мощности шахты.

Область применения. Вскрытие свиты пластов с углом залегания до 3-7° при небольшом расстоянии между ними. Мощность пластов колеблется от 0, 6 до 1, 2 м при глубине их залегания более 100 м.

Размеры шахтного поля по простиранию до 12 км и по падению до 3 км. При делении на блоки размер блока по простиранию составляет 4-6 км и по падению 1, 3-1, 5 км. Годовая производственная мощность шахты может составлять от 2, 1-3, 0 и более млн. т при сроке службе до 50-60 лет.

Типичные горно-геологиче-ские условия разработки пластов Львовско-Волынского бассейна и Западного Донбасса (Украина).

Схема вскрытия. При вскрытии свиты из 5-7 угольных пластов (m ₁, m₂ … m_n)главный 5 и вспомогательный 4 вертикальные стволы закладывают в центре шахтного поля. Откаточный горизонт сооружают на глубине залегания нижнего рабочего пласта. В качестве вспомогательных вскрывающих выработок используют капитальные квершлаги 2, гезенк 6 и наклонные квершлаги 7 (рис. 2.2). Для подготовки шахтного поля проводят главные штреки 3.

Рис. 2.2. Схема вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами,

капитальными гезенком и квершлагами:

1, 8 – соответственно фланговые вентиляционные стволы; 2 – капитальный квершлаг; 3 – главный откаточный и вентиляционный штрек; 4, 5 – соответственно вспомогательный и вентиляционный ствол; 6 – гезенк; 7 – наклонный квершлаг

Технология вскрытия. Последовательность проведения вскрывающих выработок остается аналогичной технологии вскрытия одиночного пласта.

Вентиляция. Схема вентиляции секционная, с центральным или центрально-отнесенным расположением стволов в блоке. Она может быть как возвратноточной, так и прямоточной.

Транспорт. С верхних пластов на откаточный горизонт полезное ископаемое и породу спускают по блоковому гезенку. С нижних пластов их поднимают по наклонному квершлагу. Вместо гезенка часто используют вертикальный бункер, располагая его у скипового ствола. Таким образом, создается аккумулирующая емкость, которая позволяет сглаживать углепоток и повысить надежность работы подъема. Транспортная связь главных стволов с бремсберговой и уклонной части шахтного поля осуществляется по квершлагу. На поверхность полезное ископаемое выдается по главному стволу на единый поверхностный технологический комплекс шахты.

Область применения. Вскрытие свиты угольных пластов с углами залегания от 5 до 18-25° при любых горно-геологических условиях и размерах шахтного поля по простиранию до 4-6 км и по падению до 2, 2 км. По падению пласта откаточный горизонт делит шахтное поле на бремсберговую и уклонную часть. Размер бремсберговой части до 1, 2 км и уклонной - до 1, 0 км.

Годовая производственная мощность шахты может составлять 0, 9-1, 2 млн. т в год при сроке службы от 40 до 50 лет.

Глубина заложения стволов и длина капитального квершлага зависят от мощности наносов и угла залегания угольных пластов, а также расстояния между ними.

Типичные условия залегания угольных пластов Донбасса, Кузбасса, Караганды, Воркуты и других угольных месторождений мира.

Одногоризонтные схемы вскрытия угольных пластов с углом залегания более 18° применяются крайне редко.

Схема вскрытия. Вскрытие угольных пластов на уровне откаточного горизонта осуществляется центрально-сдвоенными вертикальными стволами и капитальным квершлагом (рис. 2.3). Для вскрытия запасов выше и ниже откаточного горизонта проводят дополнительные вскрывающие выработки для вентиляции и группирования:

· вентиляционный квершлаг для проветривания бремсберговой части шахтного поля;

· вентиляционные шурфы для проветривания бремсберговой части шахтного поля;

· ярусные (этажные) квершлаги, а также вентиляционными шурфами для проветривания бремсберговой части шахтного поля и с последующим проведением вентиляционного ствола у нижней технической границы или вентиляционного квершлага на уровне откаточного горизонта для проветривания его уклонной части.

Технология вскрытия. По середине шахтного поля проводят вертикальные центрально-сдвоен-ные стволы 1 и 2 (рис. 2.3). Выполняют разделку стволов и сооружают выработки околоствольного двора.

Место заложения стволов выбирают таким образом, чтобы околоствольный двор располагался в устойчивых породах, а одна из его протяженных выработок служила бы частью квершлага. Дальнейшее развитие работ на откаточном горизонте по вскрытию запасов по простиранию зависит от принятого способа подготовки.

Вентиляция. Схема вентиляции возвратноточная с центральным или центрально-отнесенным расположением стволов в шахтном поле.

Транспорт. С верхних ярусов (этажей) на откаточный горизонт полезное ископаемое и породу спускают по капитальному или панельному бремсбергу. С нижних ярусов (этажей) их поднимают по капитальному уклону. Далее транспортируют по главному магистральному штреку и капитальному квершлагу в околоствольный двор. На поверхность полезное ископаемое выдается скипами по главному стволу.

Область применения. Вскрытие месторождения наклонными стволами применяется при глубине залегания пологих пластов до 100 м с целью полной конвейерной доставки полезного ископаемого от забоя до поверхностного технологического комплекса шахты.

Шахтное поле с размерами по простиранию до 4-6 км и до 2, 2 км по падению. Годовая производственная мощность шахты 0, 9-1, 2 млн. т при сроке службы 45-50 лет.

Рис. 2.3. Вскрытие свиты угольных пластов центрально-сдвоенными

вертикальными стволами, капитальным квершлагом, бремсбергом,

уклоном и вентиляционными шурфами:

1, 2 – соответственно вертикальный и вспомогательный и главный ствол; 3 – вентиляционные шурфы; 4 – капитальный бремсберг; 5 – капитальный квершлаг; 6 – капитальный уклон

Схема вскрытия. Главный и вспомогательные наклонные стволы вскрывают пласт приблизительно по центру шахтного поля, имея противоположный наклон от падения пласта (табл. 1.1).

Технология вскрытия. Главный и вспомогательный ствол проводят до глубины расположения откаточного горизонта под углом наклона не более 18⁰ в противоположную сторону от падения пласта, т.е. по породам висячего бока свиты. В дальнейшем последовательность выполнения производственных процессов по технологии вскрытия остается аналогичной вскрытию пологих пластов вертикальными стволами.

Вентиляция. Схема вентиляции возвратноточная с центральным или центрально-отнесенным расположением стволов в шахтном поле. При сложной конфигурации шахтного поля дополнительно бурят вентиляционные скважины.

Транспорт. Полезное ископаемое выдается на поверхность по главному наклонному стволу при помощи конвейера, а порода – отдельно по вспомогательному стволу.

Выводы. Вскрытие наклонными стволами под углом до 18° позволят применять поточный вид транспорта, но требует проведения большого объема наклонных выработок.

Область применения. Вскрытие пологих угольных пластов, залегающих в сильно пересеченной или гористой местности, где применение вертикальных и наклонных стволов является нецелесообразным.

Размеры шахтного поля, производственная мощность и срок службы шахты остаются аналогичными выше приведенным схемам вскрытия.

Типичные условия залегания угольных пластов в Приморском крае, районах Крайнем Севере и на о. Сахалин (Россия).

Схема вскрытия. При центральном расположении главных скрывающих выработок капитальная и вспомогательная штольня делит шахтное поле на бремсберговую и уклонную часть. Роль околоствольного ствола выполняет промышленная площадка, расположенная возле устья ствола. При централь-отнесенной вентиляции у верхней границы шахтного поля проводят вентиляционную штольню или шурф.

Фланговая схема вскрытия применяется при небольших размерах шахтного поля и сложной конфигурации склона горы для промышленного строительства.

Технология вскрытия. Особое внимание уделяется месту заложения капитальной штольни. Она может располагаться под различным углом к простиранию пласта. Это зависит от положения гористого склона к залеганию пласта.

Устье штольни должно выходить у долину выше весенне-осеннего уровня паводковых вод с учетом возможного подвода транспортных коммуникаций и размещения промышленной площадки шахты. На площажке сооружают технические здания, подъездные железнодорожные пути и шоссейные дороги.

При вскрытии свиты пластов штольня выполняет одновременно роль вскрывающего квершлага. Дальнейшее проведение числа дополнительных вскрывающих выработок зависит от принятого способа подготовки шахтного поля. Оно остается аналогичным выше описанным схемам вскрытия вертикальными стволами.

Вентиляция. Схема вентиляции зависит от расположения капитальной штольни относительно границ шахтного поля и может быть различной - центральной, центрально-отнесеннной или фланговой. Движение воздуха по выработкам остается аналогичным выше рассмотренным.

Транспорт. Полезное ископаемое и порода транспортируется по штольне до промышленной площадки при помощи электровозной откаткой или конвейера.

Одногоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов:

· являются простыми для реализации их исполнения;

· имеют срок службы горизонта вскрытия равный сроку службы шахты;

· не требуется углубка стволов в эксплуатационный период шахты;

· имеют большой объем наклонных выработок, что вызывает трудности с их проведением и поддержанием, усложняет работу транспортных средств и вентиляции.

ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВСКРЫВАЮЩИХ ВЫРАБОТОК

Выбор вспомогательной вскрывающей выработки зависит от угла залегания и числа, одновременно вскрываемых пластов, а также от расстояния между ними. При углах залегания пластов от 8 до 18-25° вскрытие угольного пласта производят капитальным квершлагом.

Квершлаг делит пласт на два крыла. От него на каждое крыло проводят заезды. Чтобы не создавать зоны повышенного горного давления, на месте сопряжения заезды смещают один относительно другого по длине квершлага.

При угле залегания пластов до 6-7° вскрытие производят при помощи капитальных гезенков или скатов в сочетании с наклонными квершлагами. Гезенки и скаты используют для перепуска полезного ископаемого и породы на откаточный горизонт, а наклонные квершлаги - для вспомогательных целей.

Число и последовательность проведения дополнительных вскрывающих выработок во временизависят от принятого способа и схемы подготовки пласта на откаточном горизонте. Их сочетание в пространстве определяет систему вскрытия запасов и динамику ее развития в отдельных частях шахтного поля.

При этажной и панельной подготовке шахтного поля для вскрытия запасов на этажах (ярусах), распложенных выше откаточного горизонта (бремсберговая часть шахтного поля), применяют вспомогательную выработку - капитальный бремсберг с ходками.

Запасы нижней части вскрывают при помощи капитального уклона с ходками.

При полевом способе подготовки пласта или группировании свиты пластов к ним добавляются этажные квершлаги.