Вскрытие наклонными стволами, проводимыми по пласту или пустым породам по напластованию

Классификация способов вскрытия

Большое количество факторов, влияющих на выбор способа вскрытия шахтного поля, затрудняют создание единой общепринятой классификации способов вскрытия. Существует множество классификаций как отечественных, так и зарубежных ученых в зависимости от того, каким факторам авторы отдают предпочтение. Считая, что основная задача классификаций при изучении данного курса заключается в установлении связей между классами объектов, а также в более или менее точной ориентировке в их многообразии, приведем упрощенную классификацию способов вскрытия, которая, вместе с тем, не претендует на полноту и всеобъемлемость.

Рисунок 3.1 – Классификация (а) и графическая интерпретация (б) способов вскрытия шахтных полей

В основу классификации, представленной на рис. 3.1, положены следующие признаки:

– вид главных вскрывающих выработок;

– число транспортных (подъемных) горизонтов;

– наличие дополнительных вскрывающих выработок.

По виду главных вскрывающих выработок различают следующие способы вскрытия шахтных полей:

– наклонными стволами (графическая интерпретация представлена на рис. 3.1, б1);

– вертикальными стволами (рис. 3.1, б2);

– штольнями (рис. 3.1, б3);

– комбинацией главных выработок (комбинированные способы вскрытия — рис. 3.1, б4).

По числу транспортных горизонтов, вскрываемых главными выработками, все способы вскрытия разделяются на одногоризонтные и многогоризонтные. При одногоризонтных способах все запасы шахтного поля отрабатываются на один транспортный горизонт, при многогоризонтных в шахтном поле имеется несколько транспортных горизонтов, которые могут работать одновременно или последовательно.

По наличию дополнительных вскрывающих выработок различают способы вскрытия без дополнительных выработок и с дополнительными вскрывающими выработками.

В первом случае вскрытие пластов осуществляется самими главными выработками, во втором — дополнительными выработками.

По виду дополнительных вскрывающих выработок различают способы вскрытия квершлагами, гезенками, слепыми стволами и комбинацией указанных выработок.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем состоит отличие понятий "вскрытие шахтного поля" и "способ вскрытия шахтного поля"?

2. Как разделяются вскрывающие выработки по их назначению? Дайте определение и назовите их.

3. Какие требования предъявляются к способу вскрытия шахтного поля?

4. Перечислите факторы, влияющие на выбор способа вскрытия шахтного поля и поясните, конкретно как они влияют?

5. Приведите классификацию способов вскрытия шахтных полей.

Глава 4. ВСКРЫТИЕ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ НАКЛОННЫМИ СТВОЛАМИ

Рисунок 4.1 – Вскрытие одиночного пласта наклонными стволами, проводимыми по пласту 1,2,3 – наклонный ствол соответственно вспомогательный, главный и вентиляционный (а также для доставки людей); 4,5 – этажный штрек транспортный и вентиляционный; 6 – разрезная печь

Сущность способа вскрытия шахтного поля наклонными стволами состоит в том, что с поверхности вначале по наносам проводят наклонные стволы до пересечения с пластом и далее по пласту до уровня транспортного штрека 1-го этажа, на котором сооружается околоствольный двор (рис. 4.1). От стволов в оба крыла шахтного поля проводят этажные транспортные штреки на длину, определяемую порядком отработки этажа: при прямом порядке — на 60..80 м и при обратном — до границ шахтного поля. Аналогично проводят вентиляционные штреки на уровне границы годного угля. Затем проводят разрезные печи, монтируют забойное оборудование и приступают к очистной выемке. По мере отработки 1-го этажа производится подготовка 2-го этажа, для чего стволы углубляются до горизонта транспортного штрека 2‑го этажа, на котором также сооружается околоствольный двор. В качестве вентиляционного часто повторно используется бывший транспортный штрек отработанного выше этажа. При невозможности его использования проводят новый вентиляционный штрек ниже бывшего транспортного, оставляя между ними целик угля необходимых размеров.

Выбор точного места заложения устья наклонного ствола и направления его проведения выбираются после детальной разведки скважинами толщи пород на выходе пласта под наносы и определения его положения в ней. Так как породы наносов обычно слабые и обводнены, то для обеспечения устойчивости наклонных стволов крепление на этих участках производят железобетоном. Чем меньше угол падения пласта, тем больше длина ствола в наносах и тем больше будут затраты на его проведение. Чтобы снизить затраты на проведение ствола в наносах, увеличивают угол наклона его до технически приемлемых значений в зависимости от вида применяемого транспорта.

Главный наклонный ствол для выдачи угля, как правило, должен оборудоваться ленточными конвейерами — в обычном исполнении при углах наклона до 18° и специальными крутонаклонными — до 25°. При углах наклона свыше 25° транспорт угля может осуществляться одноконцевой откаткой — в вагонетках при углах наклона примерно до 30° и в скипах при больших углах.

Вспомогательный наклонный ствол, предназначенный для выдачи породы, спуска и подъема материалов и оборудования, при углах наклона 10–30° оборудуется одноконцевым канатным подъемом, при больших углах применяются специальные клети (платформы) для транспортирования грузов в вагонетках.

Вентиляционный ствол, предназначенный для выдачи из шахты исходящей струи воздуха, как правило, оборудуется пассажирскими вагонетками для перевозки людей или канатно-кресельной дорогой.

Минимальное количество наклонных стволов в шахтном поле с точки зрения обеспечения отдельных запасных выходов на поверхность должно быть не менее двух. С точки зрения транспортного обслуживания число стволов зависит от принятого вида транспорта по ним. При конвейерном транспорте должно быть три наклонных ствола: главный с конвейерным транспортом, вспомогательный с концевой откаткой и вентиляционный с механизированной доставкой людей. Главный ствол с конвейерным транспортом должен дополнительно оборудоваться вспомогательными подъемами (одноконцевой откаткой, напочвенной дорогой и др.) для доставки конвейерной ленты при ее замене. Если основной и вспомогательный транспорт осуществляется в клетях для наклонных стволов, то возможно ограничиться двумя стволами. При этом один ствол будет служить в качестве воздухоподающего, а другой вентиляционного.

Схема транспорта угля при вскрытии одиночного пласта наклонными стволами с проведением их по пласту (по рис. 4.1): лава–4–2.

Схема проветривания шахтного поля для тех же условий: 1–4–лава–5–3.

Проветривание самого верхнего этажа при небольших наносах, как правило, производится через вентиляционные шурфы, проводимые через 200..300 м по простиранию. В таких случаях вентиляционные штреки погашаются, а проветривание осуществляется на передние шурфы. Применяется нагнетательное проветривание, поскольку пласты в верхней части шахтного поля (под наносами) обычно дегазированы, а это позволяет производить подачу воздуха в шахту вентилятором главного проветривания с установкой его у одного из стволов. Исходящая струя поступает на вентиляционные шурфы и далее — на поверхность.

Рисунок 4.2 – Диагональная схема проветривания шахтного поля при вскрытии его наклонными стволами 1, 2, 3 – наклонный ствол соответственно вспомогательный, главный и для доставки людей (он же еще и воздухоподающий); 4 – фланговый наклонный вентиляционный ствол

Применяется также диагональная схема проветривания, при которой на флангах шахтного поля проводятся вентиляционные стволы (рис. 4.2). При этом существенно улучшаются условия проветривания шахты за счет уменьшения длины пути вентиляционной струи, отсутствия утечек воздуха между стволами и между этажными штреками (в связи с тем, что имеет место прямоточная схема проветривания), а также постоянства депрессии: насколько удлиняется транспортный штрек, настолько же укорачивается вентиляционный. Кроме того, при диагональной схеме проветривания уменьшается объем проведения этажных штреков, так как в качестве вентиляционного всегда используется бывший транспортный штрек вышележащего отработанного этажа.

Недостатки диагональной схемы проветривания заключаются в необходимости проведения дополнительных фланговых наклонных стволов с оборудованием их вентиляторными установками и в неудобствах обслуживания удаленных от промплощадки шахты стволов для выполнения вспомогательных операций, а также в необходимости отчуждения земельных участков для строительства зданий вентиляторов, подъемных машин и проведения дорог для их обслуживания. Окончательное решение о целесообразности применения диагональной схемы проветривания принимается на основании учета всех влияющих факторов и экономических расчетов.

Способ вскрытия шахтного поля наклонными стволами с проведением их по пласту имеет следующие достоинства:

– простота;

– небольшой первоначальный объем вскрывающих выработок и, как следствие, сравнительно небольшие первоначальные капитальные затраты на строительство шахты и быстрый ввод ее в эксплуатацию;

– детальная разведка качества угля и условий залегания пласта в период проведения стволов;

– попутная добыча угля от проведения стволов, что немаловажно в период строительства шахты;

– при конвейерном транспорте — практически неограниченная про­пускная способность главного ствола.

Недостатками способа вскрытия наклонными стволами с проведением их по пласту являются:

– большая длина наклонных стволов по сравнению с вертикальными;

– небольшая пропускная способность стволов при концевой откатке;

– плохие условия поддержания наклонных стволов, в значительной мере подверженных влиянию очистных работ, и, в связи с этим, большие расходы на их поддержание;

– ограниченная пропускная способность наклонных стволов по воздуху, так как они имеют небольшую площадь поперечного сечения по сравнению со стволами вертикальными;

– повышенный износ подъемных канатов из-за трения их по почве;

– утечки воздуха между стволами;

– большой объем работ по сооружению околоствольных дворов на каждом этаже.

Условия применения способа вскрытия шахтного поля наклонными стволами с проведением их по пласту:

– небольшая глубина залегания пластов и небольшие размеры шахтного поля в первую очередь по падению, а также по простиранию;

– небольшая мощность наносов и отсутствие в них плывунов;

– в основном пологие пласты с углами падения в пределах 10..18°. Нижний предел лимитируется применением одноконцевой откатки по наклонным стволам, верхний — применением ленточных конвейеров обычного исполнения. В практике встречается вскрытие наклонными стволами не только пологих, но также наклонных и крутых пластов (до 60°);

– невысокая газоносность пластов и небольшая производственная мощность шахты, ограничивающаяся условиями проветривания;

– пласты не склонные к внезапным выбросам угля и газа, не опасные по взрывам угольной пыли, с не склонными к самовозгоранию углями и с устойчивыми боковыми породами. При наличии хотя бы одного из таких ограничивающих факторов наклонные стволы следует проводить по пустым породам параллельно напластованию и соединять их с пластом этажными квершлагами (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Схема вскрытия одиночного пласта наклонными стволами, проводимыми по пустым породам параллельно напластованию 1 – наклонный ствол; 2 – этажный квершлаг

Проведение наклонных стволов полевыми повышает их устойчивость и сокращает расходы на ремонт. Помимо этого отпадает необходимость проведения обходной выработки в околоствольном дворе. Однако при этом усложняется проведение стволов, и теряются преимущества в части детальной разведки пласта и попутной добычи угля.

Вскрытие наклонными стволами производится, как правило, при этажной подготовке, однако при значительных размерах шахтного поля по простиранию или при необходимости увеличения линии очистных забоев на пласте может также применяться и при панельной подготовке (рис. 4.4). В таких случаях наклонные стволы проводятся сразу до основного горизонта, где сооружается околоствольный двор. Затем от него проводятся главные штреки. Бремсберги с ходками проводятся с поверхности до основного горизонта одновременно с наклонными стволами, что сокращает сроки пуска шахты в эксплуатацию.

Рисунок 4.4 – Вскрытие шахтного поля наклонными стволами при панельной подготовке

1, 2, 3 – наклонный ствол соответственно главный, вспомогательный и вентиляционный (при разработке уклонного поля); 4 – вспомогательный бремсберг; 5 – панельный бремсберг; 6 – вентиляционный ходок; 7, 8 – главный штрек соответственно транспортный и вентиляционный (при отработке уклонного поля); 9 – панельный уклон; 10 – вспомогательный уклон; 11 – вентиляционный ходок уклона

После отработки бремсберговой ступени приступают к отработке уклонной. Для этого в последней заблаговременно проводят уклоны с ходками на высоту одного яруса и сооружают верхнюю и нижнюю приемные площадки. По мере отработки 1-го яруса в уклонной ступени, производят углубку уклонов с ходками и сооружают нижние приемные площадки во втором ярусе, затем в третьем и т. д.

Схема транспорта угля и проветривания шахтного поля приведена на рис. 4.4 и не требует пояснений.

Если в шахтном поле залегает свита пластов, то их вскрытие осуществляется при помощи дополнительных вскрывающих выработок — этажных квершлагов или этажных гезенков (рис. 4.5).

Вскрытие этажными квершлагами имеет то преимущество, что последние обеспечивают удобное сообщение между пластами и наклонными стволами с точки зрения работы вспомогательного транспорта, однако при малых углах падения пластов получается большая длина этажных квершлагов. Так, при угле падения 10° и расстоянии между пластами 50 м длина квершлага составит 286 м.

Рисунок 4.5 – Вскрытие свиты пластов наклонными стволами и дополнительными вскрывающими выработками:

а – этажными квершлагами; б – этажными гезенками

1 – наклонный ствол; 2 – этажный квершлаг;
3 – вентиляционный шурф; 4 – этажный гезенк

Этажные гезенки (которые обычно проводятся наклонными) имеют значительно меньшую длину по сравнению с этажными квершлагами, и они могут использоваться в качестве угольного бункера. Последнее способствует ритмичной работе транспорта, но приводит к значительному усложнению вспомогательного транспорта по гезенкам. По этой причине на практике намного чаще применяется вскрытие этажными квершлагами. Известны случаи, когда одновременно проводятся этажные квершлаги и гезенки для использования всех их преимуществ.

Дата добавления: 2015-03-31