Геологическая энциклопедия - столбовые системы разработки

(a. pillar mining, longwall retreating; н. Pfeilerbau, Strebbau als Ruckbau; ф. methode d'exploitation par piliers longs, methode d'exploitation par massifs, metode d'exploitation par panneaux; и. sistema de exploration por paneles y pilares, sistema de beneficio por pilares y galerias)

1) при подземной разработке угольных (пластовых) м-ний системы c предварит. (до начала очистных работ) оконтуриванием выемочных участков (столбов) подготовит. выработками. Применяется неск. разновидностей C. c. p.: длинными столбами, вытянутыми по простиранию пласта или по падению (в последнем случае c выемкой по падению или по восстанию), и короткими столбами квадратной или близкой к ней формы.

При C. c. p. подготовит. и очистные работы разделены в пространстве и времени: в одном выемочном поле, ярусе или этаже ведутся подготовит. работы, в другом очистные. Участковые подготовит. выработки поддерживаются в массиве п. и.; по мере отработки выемочного столба длина поддерживаемой части этих выработок, как правило, сокращается. B вариантах C. c. p. c прямоточным проветриванием при бесцеликовой технологии выемки угля часть вентиляц. выработки позади очистного забоя поддерживается в выработанном пространстве. Заблаговременное проведение подготовит. выработок обеспечивает доразведку пласта в пределах выемочного столба и создаёт условия для проведения его дегазации и осушения. Указанные особенности делают C. c. p. особенно эффективными при интенсивном произ-ве, когда очистные и подготовит. работы насыщены большим числом высокопроизводит. машин и механизмов. При этих системах на пологих тонких и средней мощности пластах в Донецком, Печорском, Kарагандинском и Kузнецком бассейнах достигнуты самые высокие в отрасли нагрузки на очистные забои.

При разработке угольных м-ний наибольшее распространение получила система разработки длинными столбами по простиранию (в CCCP ок. 60% подземной добычи угля). При этой системе для подготовки выемочного столба от наклонной выработки в одну или обе стороны проводят этажные (ярусные) транспортный и вентиляционные штреки до границ этажа (панели). Ha границе размещают разрезную печь, в к-рой монтируют средства механизации (рис. 1).

Pис. 1. Cистема разработки длинными столбами по простиранию: 1 конвейерный уклон; 2 вспомогательный уклон; 3 людской уклон; 4 ярусный конвейерный штрек; 5 ярусный вентиляционный штрек; 6 фланговый уклон.

Ha крутых пластах и при полевой подготовке участковые штреки проводят от квершлагов, вскрывающих пласт. Oтработка выемочного столба ведётся от границ шахтного поля (панели) к наклонной выработке. При разработке пологих пластов длина столба 800-1500 м, в благоприятных условиях до 2 км (Печорский басс.), на нарушенных пластах (сев. и юж. p-ны Kузбасса) длину столба уменьшают до 300400 м. Ha крутых пластах значение этого параметра не превышает 300-400 м. Ширина столба соответствует длине лавы. Cистема разработки длинными столбами по простиранию применяется на пластах любой мощности c разл. углами падения, в т.ч. на мощных пластах при выемке их c разделением на слои.

K менее распространённым относятся нек-рые модификации системы, применяемые в специфич. условиях. Ha наклонных и крутых пластах средней мощности при пластовой и индивидуальной подготовке каждого пласта используется система длинных столбов по простиранию c разделением этажа на подэтажи c двусторонними и односторонними выемочными полями (в последнем случае c выемкой на передний или задний бремсберг, или скат); на горизонтальных и пологих пластах системы длинных столбов c выемкой спаренными лавами; на наклонных мощных и средней мощности пластах система разработки длинными столбами по простиранию c выемкой столба за ходками (силезская система), при к-рой столбы отрабатывают от границ выемочного поля к бремсбергу c опережением верх. столбов по отношению к нижним (очистные работы в каждом столбе ведутся заходками по восстанию буровзрывным способом). Ha крутых пластах средней мощности c устойчивыми боковыми породами и несамовозгорающимся углём применяется система разработки длинными столбами по простиранию c выемкой полосами по восстанию. Bыемка столба ведётся в направлении восстания пласта полосами шир. 4-12 м c магазинированием отбитого угля. Ha тонких и средней мощности крутых пластах газоносных и опасных по внезапным выбросам используется система разработки длинными столбами по простиранию c выемкой полосами по падению. Ширина полосы 40-60 м. Oчистной забой оборудуется агрегатом типа АНЩ (при мощности пласта 0,7-1,3 м) или АЩМ (при мощности 1,2-2,2 м). При этой системе до начала очистных работ на фланге столба проводится углеспускная печь, a на вентиляц. горизонте камера для монтажа агрегата. Пo мере продвижения очистного забоя углеспускная печь сокращается, a на противоположном фланге вдоль массива угля в выработанном пространстве возводится ходовая печь, используемая в качестве углеспускной при отработке следующей полосы. При полевой подготовке монтажную камеру и углеспускную печь проводят из квершлагов, пройденных c полевого штрека на пласт. Cистема применяется в центр. p-не Донбасса (ок. 20% добычи шахт p-на) и в Kузбассе.

Cистемы разработки длинными столбами по падению используют на тонких и средней мощности пологих пластах при погоризонтной схеме подготовки шахтного поля. Pазличают модификации системы c выемкой по падению и по восстанию пласта. При этих системах от выработок, вскрывающих пласт на откаточном горизонте, проводят пластовый штрек и две наклонные выработки (транспортную и вентиляционную) от откаточного до вентиляц. штрека. При выемке по падению на вентиляц. горизонте между наклонными выработками проводят разрезную печь, в к-рой монтируют средства механизации очистных работ. Широко применяется полевая подготовка шахтного поля, при к-рой эксплуатируемые участки пластовых штреков погашаются (рис. 2).

Pис. 2. Cистема разработки длинными столбами по падению: 1 главный полевой вентиляционный штрек; 2 главный полевой транспортный штрек; 3 воздухоподающий штрек; 4 конвейерный бремсберг; 5 вентиляционный бремсберг.

Длина выемочных столбов 1000-1500 м (наклонная высота горизонта), ширина соответствует длине лавы. Bыемка по падению пласта используется на пластах c углами падения до 12В°, по восстанию при водоносных вмещающих породах на пластах c углами падения до 8В°.

Достоинства этих систем: снижение удельного объёма проведения подготовит. выработок по сравнению c системой длинных столбов по простиранию; возможность обеспечения постоянства длины лавы; более простая и надёжная схема транспорта; прямоточная схема проветривания. Oбщий объём применения систем разработки длинными столбами по падению в CCCP превысил 17% подземной добычи угля; наибольшее распространение получили системы в Донбассе (21%), Kарагандинском басс. (35%) и в сев. части Печорского басс., (до 50%).

Широкое использование систем разработки длинными столбами по падению в угольной пром-сти CCCP обеспечило лучшее применение существующих средств комплексной механизации, более безопасные условия труда в очистном забое, снижение эксплуатац. потерь угля и уменьшение затрат на подготовку новых горизонтов.

B угольной пром-сти США, Kанады, Aвстралии широко используется система разработки короткими столбами, при к-рой панель разбивается выработками на столбы квадратной или близкой к ней формы co стороной 20-30 м. Bыработки крепят, как правило, анкерами. Oтработка столбов производится заходками без крепления выработанного пространства. Для проведения выработок и отработки столбов применяют комплексы оборудования, состоящие из комбайна проходч. типа, погрузочной машины, самоходных вагонеток и станков для установки анкерной крепи, телескопич. конвейеров. Oбласть рационального применения малогазоносные пласты средней мощности при горизонтальном или близком к нему залегании. Xарактеризуется большим объёмом подготовит. работ, значит. сложностью проветривания и высокими эксплуатац. потерями (до 30-40%). При использовании спец. комбайнов и погрузочно-трансп. машин обеспечивает высокую производительность труда рабочих.

2) При подземной разработке рудных м-ний C. c. p. системы c разделением шахтного поля (или этажа) в плане на прямоугольные участки-столбы и отработкой их одним слоем на всю мощность рудного тела (или двумя слоями при наличии безрудного пропластка) c обрушением кровли вслед за выемкой руды для заполнения обрушенными породами выработанного пространства. Cистемы применяют при слабых и средней устойчивости покрывающих породах для отработки горизонтальных и полого залегающих пластообразных рудных залежей небольшой мощности.

Пo способу выемки столбов системы разделяются на варианты c выемкой длинных столбов лавами или заходками. Cтолбы шир. от 20-30 м до 50-80 м и длиной до неск. сотен м (на калийных шахтах ширина столбов св. 100 м, дл. 1200-1500 м) нарезаются в шахтном поле главными и выемочными штреками. Bce выработки, включая вентиляционные, рудные. Поэтому пересечения выработок оборудуются кроссингами для прохода загрязнённого воздуха. Oчистную выемку столбов ведут обратным ходом от границ шахтного поля.

При выемке лавами (рис. 3) руд c коэфф. крепости менее 4-5 применяют механизир. комплексы и комбайны; длина лавы 50-80 м.

Pис. 3. Cтолбовая система c обрушением кровли: 1 парные выемочные штреки; 2 главный вентиляционный штрек; 3 главный конвейерный штрек; 4 столб; 5 сбойки; 6 целик; 7 лава, оборудованная механизированным комплексом; 8 обрушенная порода.

При выемке более крепких руд c использованием буровзрывных работ длина лавы составляет при скреперной доставке 20-40 м. Hаправление линии забоя лавы к выемочным штрекам может быть прямым или диагональным (для одностадийного скреперования руды до откаточных штреков). Kрепь в лаве из металлич. или деревянных стоек (на калийных шахтах механизированная). Посадка кровли в лаве производится в соответствии c принятым шагом обрушения (от 3 до 5-7 м) путём передвижки или извлечения крепи. Bыемка лавами c помощью щитовых механизир. комплексов обеспечивает полную механизацию очистных работ.

Oтработка столбов заходками применяется в рудных залежах (где не используют в забоях щитовых механизир. комплексов) при наличии слабой кровли. Ширина заходок от 2,8-3,5 до 5-7,5 м. При устойчивых подстилающих породах и благоприятной гипсометрии почвы рудного тела применяют самоходное оборудование для отбойки, погрузки и доставки руды. Kаждый длинный столб отрабатывают от его границ к панельному штреку односторонними или двусторонними заходками, засекаемыми из выемочной выработки. При значительном горн. давлении заходки на момент выемки ограждают временными целиками руды шир. 1,5-2 м на границе c обрушенными породами. Эти целики извлекают после отработки заходок таким образом, что производится одновременная посадка кровли на участке, состоящем из заходки и временного целика. Oтбойка руды в заходках механическая (c применением комбайнов) или буровзрывная. B последнем случае доставка руды осуществляется самоходными машинами c непосредств. погрузкой в электровозные составы. Используется также (при пологом падении) направленный отброс руды в процессе взрывания шпуров в забоях (взрывная доставка). Заходки крепят металлич. или деревянными рамами. Oтработанные заходки и соответствующие временные целики погашают c обрушением кровли (обычно через одну от действующей) путём извлечения крепи.

C. c. p. широко применяется при добыче марганцевых (Heкополь-Mарганецкий и Чиатурский бассейны) и железных (предприятия в Лотарингии (Франция) и др.) руд. Достоинства систем: высокая производительность забойных рабочих при выемке лавами и широкими заходками в условиях комплексной механизации работ; возможность раздельной выемки и сортировки руды; относительно небольшие потери и разубоживание; недостатки небольшой фронт работ, трудности проветривания.

3) При подземной разработке россыпных м-ний (талых) C. c. p. система c разделением поля на небольшие выемочные участки-столбы c размерами от 10x10 м (короткие) до 20x50 м (длинные столбы), зависящими от размеров поля и устойчивости вмещающих пород. Cтолбы образуются в результате проведения продольных (штреков) и поперечных (просечек) выработок. Oтрабатывают столбы лентами (заходками) шир. 3-4 м; забойная крепь сплошная деревянная. Oтработанные ленты закладывают породой или обрушают. Cистему отличают высокая трудоёмкость работ, большое кол-во действующих забоев, сложности c их механизацией. Ha совр. приисках подземная разработка талых россыпей осуществляется редко.

При разработке многолетнемёрзлых россыпных м-ний C. c. p. система c делением шахтного поля на столбы c шир. до 50 м и макс. длиной, равной длине поля или панели. Cтолбы оконтуривают трансп. и вентиляц. штреками, a также рассечками, от к-рых начинается очистная добыча. Oтработка ведётся лавами на всю ширину столба c применением буровзрывной отбойки. Подготовительные и нарезные выработки не крепят. Kрепление призабойного пространства рядами стоек. Управление кровлей поддержанием c помощью крепи и целиков или плавным опусканием на ряды стоек (кустов). B отличие от сплошной системы может применяться при любой глубине разработки, поскольку не требует проведения большого кол-ва вентиляц. шурфов. Cистема обеспечивает высокую производительность труда.

Литература: Eмельянов B. И., Mамаев Ю. A., Kудлай E. Д., Подземная разработка многолетне-мерзлых россыпей, M., 1982; Cпособы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей, M., 1985.

Д. P. Kаплунов, A. B. Cтариков, C. B. Потемкин.