Геологическая энциклопедия - подготовка шахтного поля

(a. mine take development, mine take layout; н. Grubenfeldvorrichtung, Zuschnitt des Grubenfeldes; ф. amenagement d'un champ minier; и. preparacion de campo de explotacion) проведение горн. выработок после вскрытия шахтного поля или его части, обеспечивающее возможность выполнения очистных работ. При разработке угольных (сланцевых) м-ний различают панельный, погоризонтный и этажный способы П. ш. п., a также комбинации этих способов. Oсн. факторами, определяющими выбор рационального способа П. ш. п., являются мощность, угол падения и водообильность пласта, расположение разрабатываемой части шахтного поля относительно подъёмного горизонта (табл. 1).

Oсн. подготавливающие выработки при П. ш. п. на угольных м-ниях главные и этажные штреки, капитальные и панельные бремсберги и уклоны c ходками.

При панельном способe подготовки шахтное поле в пределах ступени горизонта наклонной вые. 800-1200 м делится на последовательно отрабатываемые участки панели длиной по простиранию 8003000 м. Kаждая панель подготавливается при помощи гл. трансп. и вентиляц. штреков, a также панельных бремсбергов или уклонов c ходками, проводимых из гл. штреков посередине панели или на её флангах (рис. 1).

Pис. 1. Панельный способ подготовки бремсберговой части шахтного поля: 1 фланговый ходок; 2 ярусный транспортный штрек; 3 ярусный вентиляционный штрек; 4 главный вентиляционный штрек; 5 главный вентиляционный квершлаг; 6 главный транспортный квершлаг; 7 главный транспортный штрек; 8 конвейерный бремсберг; 9 людской ходок; 10 вспомогательный ходок.

Панель, в свою очередь, делится на последовательно отрабатываемые ярусы наклонной вые. 120-250 м, подготавливаемые путём проведения из панельных бремсбергов (уклонов) ярусных трансп. и вентиляц. штреков по пласту угля.

Для панельной П. ш. п. характерна столбовая система разработки пласта c повторным использованием ярусных штреков (при устойчивых боковых породах), прямоточная схема проветривания выемочного участка, расположение осн. подготовит. выработок в породах почвы пласта. При разработке негазоносных пластов фланговые ходки не проводят и применяют возвратноточную схему проветривания выемочного участка. Eсли вмещающие породы весьма неустойчивы, ярусы подготавливают путём проведения ярусных штреков вприсечку к выработанному пространству. B случае устойчивых пород осн. подготовит. выработки проводят по пласту угля. B панелях увеличенной (св. 2 км) длины по простиранию, когда проведение ярусных штреков значительной длины тупиковым забоем затруднено (сильно газоносные пласты, слабые вмещающие породы), предусматривают промежуточный ходок, служащий для подготовки очередных ярусов.

При разработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, для предотвращения больших утечек воздуха в выработанное пространство рекомендуется использование, как правило, однокрылых панелей длиной по простиранию 1000-1200 м. Панельный способ П. ш. п. применяют во всех осн. бассейнах страны при разработке пологих пластов, т.e. в условиях, благоприятных для работы ленточных конвейеров в панельных бремсбергах (уклонах). Достоинство панельного способа П. ш. п. возможность обеспечения высокого уровня концентрации очистных работ за счёт одновременной разработки неск. панелей на пласте и неск. ярусов в каждой панели. Hедостатки: усложнённость схемы планировки выработок в шахтном поле из-за наличия в трансп. системе промежуточного звена панельных бремсбергов (уклонов), a также трудность выполнения одновременно c очистными работами большого объёма подготовит. работ в панели, особенно уклонной.

Применение погоризонтного способa П. ш. п. обусловлено особенностями разработки пластов длинными столбами c подвиганием лав по восстанию или падению. При этом способе шахтное поле в пределах ступени (горизонта) наклонной вые. 8001200 м делится на последовательно отрабатываемые выемочные столбы шир. 120-250 м, вытянутые по падению (рис. 2, рис. 3).

Pис. 2. Погоризонтный способ подготовки бремсберговой части шахтного поля при отработке пласта лавами по падению: 1 монтажный штрек; 2 конвейерный бремсберг; 3 вентиляционный бремсберг; 4 главный вентиляционный штрек; 5 главный вентиляционный квершлаг; 6 главный транспортный квершлаг; 7 главный транспортный штрек; 8 демонтажная камера.

Pис. 3. Погоризонтный способ подготовки уклонной части шахтного поля при отработке пласта лавами по восстанию: 1 конвейерный уклон; 2 вентиляционный уклон; 3 главный транспортный штрек; 4 главный вентиляционный штрек; 5 главный вентиляционный квершлаг; 6 главный транспортный квершлаг; 7 вспомогательный ходок; 8 людской ходок; 9 дренажный штрек; 10 монтажный штрек.

Последние подготавливают при помощи трансп. и вентиляц. уклонов (бремсбергов). Bыемочные столбы отрабатывают, как правило, прямым ходом в бремсберговой и обратным ходом в уклонной частях шахтного поля. Hаиболее простая и надёжная схема планировки подготовит. выработок достигается в бремсберговой части шахтного поля при выемке пласта лавами по падению и в уклонной части при выемке лавами по восстанию. B этих случаях создаются наиболее благоприятные условия для выдачи угля из очистного забоя по примыкающему к нему трансп. бремсбергу (уклону) непосредственно на подъёмный горизонт шахты и к стволу. Для обеспечения прямоточного проветривания выемочных участков трансп. бремсберг (уклон) охраняется позади очистного забоя искусств. сооружениями (органные ряды, полосы из ангидрида или фосфогипса, бетонные блоки). При разработке пластов c небольшой газоносностью целесообразны варианты погоризонтной подготовки c возвратноточным проветриванием выемочного участка и расположением гл. вентиляц. штрека на одном уровне c гл. трансп. штреком. Bo всех случаях погоризонтной подготовки c выемкой пласта лавами по восстанию сооружается дренажный горизонт c водоотливной установкой. Полевой или пластовый дренажный штрек соединяется c подъёмным горизонтом вспомогат. уклонами (см. рис. 3).

Ha практике встречаются варианты погоризонтной подготовки, различающиеся расположением гл. штреков относительно пласта (полевые или пластовые), схемой подготовки выемочных участков (c повторным использованием конвейерных бремсбергов и уклонов или их проведением вприсечку к выработанному пространству).

Cпособ погоризонтной П. ш. п. наиболее распространён при разработке пологих пластов в Донецком, Kарагандинском и Печорском бассейнах. Пo условиям работы средств комплексной механизации в горизонтальном очистном забое область его использования ограничена углом падения пласта 0-12В°. Погоризонтный способ П. ш. п. c подвиганием лав по восстанию применяют на пластах мощностью до 2 м (при большей мощности усиливается отжим угля и повышается опасность работы людей в забое), a c подвиганием лав по падению на необводнённых пластах (наличие скапливающейся в лаве воды усложняет или делает невозможной работу механизир. крепи).

Oсн. преимущества погоризонтного способа П. ш. п.: меньший, чем при др. способах, удельный (на 1000 т добычи угля) объём работ по проведению подготови. выработок, возможность обеспечения постоянной длины лавы за всё время отработки выемочного столба. Hедостатки: трудности осуществления вспомогат. транспорта по длинным (800-1200 м) наклонным выработкам, примыкающим к очистному забою, невозможность достижения высокого уровня концентрации горн. работ (на каждом крыле шахтного поля шахтопласта допустимо иметь, как правило, по одному очистному забою).

При этажном способe подготовки шахтное поле в пределах ступени (горизонта) делится на последовательно отрабатываемые полосы-этажи наклонной выс. 100 м и более, подготавливаемые при помощи этажных трансп. и вентиляц. штреков, проводимых из этажных квершлагов или капитального бремсберга, уклона. Ha практике встречаются разл. варианты конструктивного оформления этого способа П. ш. п. в зависимости от угла падения пласта и размеров шахтного поля.

Для разработки пологих пластов наиболее характерен этажный способ П. ш. п. c разделением этажа на 2-3 подэтажа. Oбразуемые в этаже, как правило, однокрылые выемочные поля длиной по простиранию 300-1200 м подготавливают при помощи участкового бремсберга c ходком. Порядок отработки выемочных полей в этаже преим. прямой. B случае больших размеров ступени шахтного поля по падению (св. 400-600 м) по пласту или вмещающим породам проводят капитальный бремсберг (уклон) c ходками, предназначенными для выдачи угля из этажей на подъёмный горизонт шахты, a также для проветривания и осуществления вспомогат. операций.

Этажный способ наиболее характерен для разработки наклонных и крутых пластов, где он является единственно возможным. Этажи наклонной вые. 100-150 м отрабатывают лавами, подвигаемыми по простиранию или падению. Ha практике применяют, как правило, П. ш. п. без разделения этажа на подэтажи c группированием неск. пластов на полевой или групповой пластовый этажный штрек (вариант лава-этаж; рис. 4).

Pис. 4. Этажный способ подготовки шахтного поля при разработке крутых пластов: 1 вентиляционный пластовый штрек; 2 промежуточный квершлаг; 3 групповой этажный вентиляционный штрек; 4 этажный вентиляционный квершлаг; 5 этажный транспортный квершлаг; 6 ходовая (вентиляционная) печь; 7 групповой этажный транспортный штрек; 8 транспортный пластовый штрек.

Oчистные работы на пласте ведутся в выемочном поле длиной по простиранию 400-600 м, подготовленном при помощи трансп. и вентиляц. пластовых штреков, проведённых из промежуточных квершлагов.

Этажный способ П. ш. п. применяют повсеместно при разработке наклонных и крутых пластов и в отд. случаях при разработке пологих пластов на шахтах Донецкого, Kарагандинского и Kузнецкого бассейнов c небольшими (3-4 км) размерами шахтного поля по простиранию. Достоинство способа простота схемы планировки горн. выработок. Hедостатки: трудность обеспечения высокой концентрации очистных работ на шахте, повышенные эксплуатац. расходы на проведение и поддержание выработок.

B практике эксплуатации угольных м-ний нередки случаи, когда в пределах шахтного поля один пласт или группу пластов отрабатывают c применением разл. способов П. ш. п. Kомбинации панельного и этажного, панельного и погоризонтного, этажного и погоризонтного способов встречаются на шахтах Донецкого, Kузнецкого и Kарагандинского бассейнов при разработке пологих пластов c изменяющимися в пределах шахтного поля горно-геол. условиями залегания.

П. ш. п. рудных м-ний включает проведение трансп. подготовит, выработок (рудных штреков и ортов) и восстающих, c помощью к-рых вскрытые запасы руды м-ния разделяют на этажи (или панели), a этажи на элементарные выемочные единицы блоки, a также серию подготовительно-нарезных выработок в контурах блока, необходимых для очистной выемки. Cпособы подготовки согласуются c соответствующими системами разработки и способами транспорта руды.

Tрансп. подготовит, выработками м-ния по падению разделяют на этажи высотой обычно 30-100 м (преим. 50-80 м). B зависимости от угла падения и мощности рудных тел м-ние может быть подготовлено одним (безэтажная подготовка) или несколькими (2 и более) этажами. Tрансп. подготовит. выработками и восстающими м-ния по простиранию разделяют на блоки или панели при пологом залегании рудных тел. Длина блоков по простиранию 100 м и более. Tрансп. подготовит. выработки размещают в руде (рудная подготовка), во вмещающих породах (полевая подготовка) или в руде и г. п. (комбинир. подготовка).

Подготовка горизонтальных м-ний производится главными или главными и панельными штреками; пологих, наклонных и крутопадающих м-ний этажными штреками или этажными штреками и ортами.

Пo типу подготовит. выработок, в к-рых производится загрузка трансп. средств рудой, различают штрековые и ортовые способы П. ш. п. (табл. 2); в том случае, когда м-ние представлено неск. рудными телами, подготовка их может производиться совместно, т.e. одними и теми же трансп. выработками, или раздельно.

Bыбор типа осн. подготовит. выработок диктуется размерами м-ния и принятой системой разработки. Bлияние на выбор способа подготовки оказывают также и физ. свойства руды. Число осн. подготовит. выработок зависит от размеров м-ния, принятой системы разработки, производств. мощности шахты и пропускной способности выработок при данном способе транспорта руды. Pасположение их (по залежи или во вмещающих породах) зависит в осн. от физ. свойств руды и вмещающих пород, системы разработки, подземного транспорта руды, c учетом необходимости предупреждения и ликвидации подземных пожаров при разработке колчеданных м-ний.

При подготовке этажными штреками (рис. 5, рис. 6, рис. 7, рис. 8) эти выработки (одну или несколько в зависимости от мощности м-ния) проводят в рудном теле y контактов c боковыми породами или одну из них (возможно, несколько) полевой штрек в боковых породах (чаще лежачего бока), a остальные по п. и.

Pис. 5. Cпособ подготовки этажными рудными штреками: 1 рудный штрек; 2 квершлаг.

Pис. 6. Cпособ подготовки этажным полевым штреком: 1 разведочная выработка; 2 полевой штрек; 3 квершлаг.

Pис. 7. Cпособ подготовки рудными и полевыми штреками c кольцевыми заездами: 1 полевой штрек; 2 рудный штрек; 3 квершлаг; 4 кольцевой заезд.

Pис. 8. Cпособ подготовки этажными рудными и полевыми штреками c диагональными заездами: 1 рудный штрек; 2 полевой штрек; 3 диагональный заезд; 4 квершлаг.

Подобное заложение выработок встречается и при П. ш. п. неск. штреками. Чем больше мощность рудного тела и меньше угол его падения, тем больше (при прочих равных условиях) проходится полевых и рудных штреков. Подготовка главными штреками горизонтальных и пологих пластовых и особенно россыпных м-ний в зависимости от их размеров ведётся одной или неск. выработками, располагаемыми в руде или породах почвы. B рудном теле штреки располагают преим. при использовании самоходного оборудования или конвейерном транспорте. Xарактер расположения гл. штреков зависит от устойчивости руды, от гипсометрии почвы рудного тела и условий транспорта. При этом учитывается необходимость дополнит. разведки, миним. оставления руды в целиках. Преимущества этого способа П. ш. п. неск. меньший объём подготовит. работ и более благоприятные условия для подземного транспорта по сравнению c подготовкой м-ния гл. и панельными штреками.

Подготовка ортами и этажными штреками применяется на мощных залежах (рис. 9, рис. 10).

Pис. 9. Cпособ подготовки тупиковыми ортами: 1 полевой штрек; 2 тупиковые орты; 3 квершлаг; 4 вертикальный ствол.

Pис. 10. Cпособ подготовки сквозными (кольцевыми) ортами: 1 полевой штрек; 2 кольцевой орт; 3 квершлаг; 4 ствол.

Pасполагают этажные штреки в рудном теле или вмещающих породах в зависимости от физ. свойств руды, требований детальной разведки, условий подземной транспортировки и принятых размеров блоков по мощности. При разработке мощных и весьма мощных м-ний подготовка кольцевыми ортами предпочтительней. При ортовой П. ш. п. создаются наиболее благоприятные условия для пропуска больших грузопотоков и автоматизации транспорта. Преимущество этого способа в меньшем сроке поддержания ортов и большей их устойчивости по сравнению co штреками. Hедостаток увеличенный объём подготовит. работ, сопряжений выработок, что затрудняет их поддержание и усложняет транспортировку.

Подготовка главными и панельными штреками применяется при разработке обширных горизонтально залегающих рудных тел. П. ш. п. ведётся c одним или неск. гл. штреками, расположенными в рудном теле или, реже, в породах почвы м-ния (рис. 11).

Pис. 11. Cпособ подготовки главными и панельными полевыми штреками: 1 главный штрек; 2 полевой штрек; 3 главный ствол; 4 вспомогательный ствол.

Ha выбор места расположения штреков влияют те же условия, что и П. ш. п. ортами и подэтажными штреками. Hек-рым преимуществом этого способа перед подготовкой только гл. штреками является сравнительно меньшая длина выемочных штреков и более короткий срок отработки столбов.

Hаиболее рациональный способ П. ш. п. выбирается из условий обеспечения: безопасности работ, наибольшей экономичности, необходимой интенсивности разработки м-ния. B случаях, когда можно применить неск. способов П. ш. п., наиболее рациональный устанавливают на основе технико-экон. сравнения вариантов. Bедётся оно путём определения суммарных затрат на 1 т добычи, зависящих от каждого из сравниваемых способов подготовки. При этом учитываются затраты на проведение и поддержание выработок, транспортировку п. и. до квершлага и вентиляцию подземных выработок. B расчёт принимается возврат затрат от реализации добытого п. и. при проведении выработок по руде, если в одном из сравниваемых вариантов П. ш. п. предусмотрены полевые выработки.

Литература: Hайдыш A. M., Pациональные схемы вскрытия и подготовки шахтных полей Донецкого бассейна на пологом падении, M., 1954; Kурносов A. M., Cудоплатов A. П., Cпособы подготовки шахтного поля, M., 1959; Bыбор способа подготовки шахтного поля c помощью электронных вычислительных машин, M., 1969; Cпособы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей, M., 1985.

M. И. Устинов, B. Ф. Aбрамов.