Тема 10. Вскрытие и подготовка шахтных и рудных полей

Вскрытие шахтных полей

Вскрытием месторождения или шахтного поля называют пространственное проведение комплекса вскрывающих выработок, которые открывают доступ с поверхности к полезному ископаемому и обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок.

Различают схему и способ вскрытия шахтного поля. Схемой вскрытия называют пространственное расположение сети вскрывающих выработок (стволы, штольни и др.) относительно границ шахтного поля.

Способ вскрытия – пространственное расположение системы вскрывающих выработок в шахтном поле относительно границ шахтного поля. Способ вскрытия – это качественная характеристика шахты, отражающая особенности вида и взаимного расположения главных и вспомогательных выработок, проводимых в период строительства и эксплуатации горного предприятия для создания доступа с поверхности земли к шахтному полю или его части.

Правильный выбор схемы и способа вскрытия месторождения имеет большое значение, так как ею определяются на длительный отрезок времени размер необходимых капитальных вложений, общая технология производственных процессов, уровень механизации и т.д. На ее выбор влияет большое число факторов, которые можно разделить на две группы: геологические и технические. Основными геологическими факторами являются: число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, расстояние между пластами, мощность наносов, наличие плывунов и других водоносных пород, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности. Основные технические факторы: производственная мощность шахты; размер шахтного поля; срок службы шахты; уровень развития горнодобывающей техники; подготовка шахтного поля, системы разработки и схемы вентиляции и другие.

Основными требованиями технического и организационного характера при выборе системы (схемы и способа) вскрытия являются: минимальный объем вскрывающих горных выработок; минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие месторождения и строительство шахты, однотипность транспорта по всем горным выработкам, возможность периодического обновления горного хозяйства шахты; обеспечение каждого эксплуатационного горизонта достаточно большими запасами угля для того, чтобы промежутки между углубками стволов были по возможности более длительными; обеспечение надежного и эффективного проветривания шахты. При этом должна быть обеспечена концентрация горных работ с высокими нагрузками на очистные забои, выработки, горизонты и пласты.

Способы вскрытия шахтных полей: вскрытие вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированные способы вскрытия.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами является наиболее распространенным, его применяют независимо от количества рабочих пластов в шахтном поле, мощности и угла падения этих пластов, мощности наносов и глубины разработки, производительности шахты и пр. При вскрытии вертикальными пластами с поверхности до горизонта, намеченного к вскрытию, проходятся два вертикальных ствола – главный и вспомогательный, расположенные, как правило, рядом. На вскрываемом горизонте они сбиваются вентиляционной сбойкой или другой выработкой для создания вентиляционной сети, позволяющей вести дальнейшие работы на вскрываемом горизонте. Затем проводятся основные выработки и камеры околоствольного двора. На практике наиболее распространенными способами вскрытия вертикальными стволами является: вскрытие вертикальными стволами без дополнительной вскрывающей выработки; вскрытие вертикальными стволами и капитальными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и этажными квершлагами; вскрытие вертикальными стволами и наклонными квершлагами (скатами) и т.д.

Вскрытие пологих и наклонных пластов наиболее просто осуществлять при помощи наклонных стволов. Обычно проводят не менее двух стволов, что необходимо для безопасного ведения горных работ, а также для целей вентиляции. По одному из стволов свежий воздух поступает в шахту, а по другому выводится исходящая струя из шахты на поверхность. Для этой цели с поверхности до нижней границы шахтного поля по пласту угля при устойчивой кровли или в породах висячего, реже лежачего бока при неустойчивой кровли проводят главный наклонный ствол, параллельно ему на расстоянии не менее 30м от него. Наиболее распространенными способами вскрытия наклонными стволами является: вскрытие наклонными стволами без дополнительных вскрывающих выработок; вскрытие наклонными стволами и капитальными квершлагами; вскрытие наклонными стволами и этажными квершлагами и т.д.

Если пласты залегают в районе с сильно пересеченным рельефом (например, в гористой местности), то вскрытие их вертикальными или наклонными стволами связано с большими расходами по оборудованию поверхности. Поэтому в таких условиях часто, оказывается, целесообразно вскрывать штольнями.

На практике часто в силу различных условий залегания пластов в шахтном поле нецелесообразно применять ни один из рассмотренных способов вскрытия шахтных полей. Приходится для отдельных пластов или различных групп пластов использовать комбинированное вскрытие - с применением различных комбинаций способов вскрытия (например, одновременно наклонных и вертикальных стволов, капитальных и этажных квершлагов или гезенков). Очень часто комбинированные способы вскрытия встречаются на старых шахтах в результате их неоднократной реконструкции.

Основными схемами расположения вспомогательного ствола по отношению к главному в пределах шахтных пластов являются – центрально-сдвоенная, центрально-отнесенная, фланговая, секционная, отнесенная.

При центрально-сдвоенном расположении оба ствола шахты размещаются в центре шахтного поля на расстоянии 30 - 50м один от другого и соединяются между собой выработками околоствольного двора. Один из стволов – главный - служит для целей подъема полезного ископаемого на поверхность, другой – вспомогательный – используется для спуска и подъема людей и оборудования, выдачи породы, спуска лесоматериалов. По одному из стволов подается воздух в шахту, по другому – выводится из шахты. При строительстве крупных шахт принимают, как правило, цетрально-сдвоенное расположение стволов. Остальные варианты встречаются только при вскрытии шахтных полей шахт с небольшой годовой производительностью. Это объясняется рядом достоинств центрально-сдвоенного расположения стволов: компактностью размещения зданий и сооружений на поверхности, что, в свою очередь, позволяет охранять стволы предохранительным целиком относительно небольших размеров; возможностью быстрой сбойки стволов на горизонте околоствольного двора, что обеспечивает нормальную вентиляцию горных выработок; возможностью использования вспомогательного ствола для углубки главного ствола снизу вверх, если эта углубка окажется необходимой. Недостатком центрально-сдвоенного расположения стволов является большая длина вспомогательного ствола и ограниченная область применения при разработке сильно-газоносных пластов, так как, при разработке бремсберговой части шахтного поля нагретую исходящую струю воздуха необходимо направлять вниз к вспомогательному стволу, тогда как воздух стремится двигаться вверх, в направлении естественной тяги.

При ценрально-отнесенном расположении вспомогательный ствол пройден у верхней границы шахтного поля и используется главным образом для отвода исходящей струи воздуха.

При фланговом расположении главный ствол располагается в центре шахтного поля, а вспомогательные – на флангах у верхней границы. Стволы выполняют те же функции, что и при центрально-отнесенном расположении.

При секционном расположении главный и вспомогательный стволы сооружают в центре шахтного поля, другие же стволы (блоковые) – в блоках

При отнесенном расположении главный и вспомогательный стволы сооружают примерно посередине длины шахтного поля по простиранию за его пределами, как правило в породах лежачего бока вскрываемых пластов.

Вскрытие рудных месторождений

Схемы основных способов вскрытия рудных месторождений

Простые способы:

1. Вскрытие вертикальным стволом по месторождению, лежачем боку, висячем боку и флангам.

2. Вскрытие наклонным стволом по месторождению, лежачему боку и флангам.

3. Вскрытие штольней по месторождению, лежачему боку, висячему боку.

Комбинированные способы:

1. Вертикальный ствол с поверхности с переходом в вертикальный слепой ствол.

2. Вертикальный ствол с поверхности с переходом в наклонный слепой ствол.

3. Наклонный ствол с поверхности с переходом в наклонный слепой ствол.

4. Штольня с переходом в вертикальный слепой ствол.

5. Штольня с переходом в наклонный слепой ствол.

По взаимному расположению главных и вспомогательных стволов относительного рудного тела различают центральную, диагональную и секционную схемы вскрытия рудных месторождений.

При центральной схеме главный и вспомогательный стволы располагаются в центре рудного тела на расстоянии не менее 30 м один от другого.

При диагональной схеме главный ствол располагается в центре рудного тела, а вспомогательные стволы на флангах. При разработке рудного тела залегающего на небольшой глубине и небольшой производительности рудника иногда на одном из флангов проходят вентиляционный шурф.

При секционной схеме вспомогательные стволы закладывают на флангах рудного тела и в промежутках между флангами и главным стволом. Эта схема применяется при значительной длине рудного тела по простиранию.

Подготовка шахтных полей

Подготовкой шахтного поля называют проведение комплекса подготовительных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающих условия для подготовки выемочных полей (столбов).

К подготовительным выработкам, проводимым при подготовке шахтного поля относят: главные (магистральные, групповые, панельные, этажные) штреки; капитальные или панельные бремсберги (уклоны) и ходки при них; промежуточные квершлаги, гезенки и др.

Схема подготовки - пространственное расположение системы основных подготовительных выработок в шахтном поле, при котором оно разделяется на части, обеспечивающие условия для подготовки выемочных полей. Различают панельную, этажную и погоризонтную схемы подготовки

Схемы подготовки шахтного поля: а – панельная; б – погоризонтная; в – этажная; 1 – главный ствол; 2 – главный квершлаг; 3 – главный откаточный штрек; 4 – панельный капитальный бремсберг или транспортный ходок; 5,6 – ходки; 7 – просек; 8 - этажный откаточный штрек; 9 – вентиляционный штрек; 10 – шурфы; 11 – лавы.

Панельной схемой подготовки называют пространственное расположений горных выработок, при котором шахтное поле делится на части, ограниченные по падению и восстанию основными выработками, а по простиранию условными границами соседних панелей, шахтного поля или блока, и отрабатываемые отдельными ярусами.

Этажной схемой подготовки называют пространственное расположений горных выработок, при котором шахтное поле делится по падению основными выработками на части, вытянутые и отрабатываемые по простиранию и ограниченные по простиранию границами шахтного поля или блока.

Погоризонтной схемой подготовки называют пространственное расположений горных выработок, при котором шахтное поле делится по падению основными выработками на части, ограниченные по простиранию границами шахтного поля или блока и отрабатываемые лавами по падению или восстанию.

Способом подготовки называют пространственное расположение подготовительных выработок в шахтном поле относительно пласта и его элементов и функционального назначения выработок.

По числу разрабатываемых пластов, обслуживаемых одной системой подготовительных выработок на откаточном горизонте различают индивидуальный или групповой способы подготовки. При индивидуальном способе подготовки проводят и поддерживают все выработки, необходимые для отработки одного пласта или его отдельных частей. При групповом способе подготовки основные подготовительные выработки проводят общими для всех разрабатываемых пластов свиты или отдельной ее группы.

По расположению подготовительных выработок относительно пласта и его элементов различают пластовый, полевой и пластово-полевой способы полготовки.

Различают подготовку шахтного поля и подготовку выемочного поля. Подготовка выемочного поля при делении шахтного поля на панели заключается в проведении и оборудовании всех подготовительных выработок в ярусе, панели, включая проведение и оборудование ярусных штреков и разрезных печей.

Подготовка при разработке рудных месторождений

Различают полевой и рудный способы подготовки. Выбор способа подготовки зависит от следующих факторов: мощность рудного тела, направления очистной выемки, способа проветривания, свойств вмещающих пород и полезного ископаемого и др. При разработке мощных и весьма мощных рудных телах чаще применяют полевую подготовку.

При разработке рудных месторождений применяют штрековую или ортовую схемы подготовки. При штрековой подготовке выработки откаточного горизонта состоят из одного или нескольких рудных или полевых штреков. При ортовой подготовке погрузка полезного ископаемого осуществляется в ортах, соединенных с рудными или полевыми штреками.

Подготовка одним рудным (рис. а, в) или полевым (рис. б) штреком применяется при мощности рудного тела до 10-20 м. В более мощных залежах проводят несколько рудных штреков и один полевой (рис. г) со специальными доставочными выработками – ортами скреперования. Одного откаточного штрека бывает достаточно и для весьма мощного рудного тела, если руда к нему поступает с подэтажей по рудоспускам.

Ортовая подготовка бывает тупиковой (рис. д) или кольцевой (рис. е). В первом случае из двухпутевого откаточного штрека 1 проходят орты-заезды 2. При кольцевой схеме орты проводят между однопутевым рудным или полевым штреком 3 и двухпутевым полевым штреком 1. Наличие двух штреков обеспечивает хорошие условия для транспорта и проветривания основного горизонта.

В неустойчивых породах длительное сохранение двухпутевых откаточных штреков, имеющих площадь поперечного сечения до 20 м² и находящихся в зоне влияния горных работ, становится затруднительным. Поэтому двухпутевые штреки проводят на значительном расстоянии от рудного тела, а с целью сокращения длины ортов-заездов заездов вблизи рудного тела проводят однопутевой вспомогательный штрек 4 (рис. ж). В породах висячего бока проводят однопутевой откаточный штрек. Штреки лежачего бока сбиваются между собой квершлагами 5.

Дата добавления: 2014-11-09