Определение места расположения главного ствола

Место расположения главного ствола выбирается с таким расчетом, чтобы общие расходы, а также срок строительства шахты были минимальными. При этом надо иметь ввиду, что в общей сумме затрат на 1 т добычи транспортные расходы являются наибольшими, они значительно превышают капитальные расходы.

Вначале решим задачу для наиболее простого случая, когда в шахтном поле правильной формы (рис. 9.1, а) залегает один пласт с выдержанной мощностью. Подготовка шахтного поля — этажная. Выбор места расположения ствола надо производить как по линии простиранию, так и по линии падения (вкрест простирания) пласта.

По линии простирания для приведенных условий главный ствол надо располагать в середине шахтного поля. Докажем это математически.

Поместим план шахтного поля в плоскости координат, как показано на рис. 9.1, а, и главный ствол расположим на расстоянии x от оси ординат.

Рисунок 9.1 – К определению места расположения главного ствола
по линии простирания:

а – при правильной форме шахтного поля; б – при неправильной форме

Работа транспорта по перевозке всех промышленных запасов к стволу будет определяться выражением:

(9.1)

где Z_лев и Z_прав – промышленные запасы в шахтном поле слева и справа от главного ствола, т; S и H – размеры шахтного поля по простиранию и падению, м; p – производительность пласта, т/м²; c – коэффициент извлечения угля в шахтном поле.

Как видно из формулы (9.1), функция объема работ по транспорту угля имеет экстремум. Возьмем первую производную и приравняем ее нулю:

(9.2)

Откуда x_o=S / 2, т. е. оптимальное место расположения главного ствола по линии простирания будет находиться в середине шахтного поля.

При неправильной форме шахтного поля (рис. 9.1, б) ствол нужно закладывать не в середине поля, а по линии АВ, разделяющей запасы шахтного поля пополам.

По линии падения при одногоризонтном вскрытии одиночного пласта место расположения ствола определяется числом этажей или ярусов по падению и восстанию. При четном числе этажей, ствол целесообразно располагать так, чтобы в бремсберговой и уклонной ступенях было равное число этажей (ярусов) и при нечетном — в бремсберговой ступени следует иметь на один этаж (ярус) больше.

При вскрытии свиты пластов место заложения главного ствола вкрест простирания зависит от схемы вскрытия и осуществляется по методу, разработанному доц. Селецким Р.А. и усовершенствованному акад. Шевяковым Л.Д. Суть его заключается в следующем.

Рисунок 9.2 – К определению места расположения главного ствола при вскрытии свиты пластов: а – капитальным квершлагом; б – этажно-горизонтными квершлагами

Пусть в шахтном поле имеется свита пластов, вскрытие которых произведено капитальным квершлагом (рис. 9.2, а). Запасы угля по каждому пласту, подлежащие транспортированию по квершлагу к стволу, соответственно равны Z₁, Z₂,..., Z_n, Z_n+1, Z_n+2.

Требуется определить оптимальное расположение главного ствола, при котором объем работы транспорта был бы минимальным.

Предположим, что на­именьшая работа транспорта обеспечивается при расположении ствола в точке n с запасами Z_n. Это значит, что при перемещении ствола от точки n вправо или влево на расстоянии Dl работа транспорта возрастает, т. е. приращение работы будет положительным.

Обозначим сумму запасов, расположенных правее точки n через SZ _прав, а расположенных левее — через SZ _лев и напишем выражение для приращения работы при переносе места заложения ствола налево и направо на расстояние Dl:

–SZлевDl + (Zn + SZправ); –SZправDl + (Zn + SZлев).

(9.3)

Так как Dl величина положительная, то приведенные неравенства можно записать следующим образом:

SZправ + Zn > SZлев; SZлев + Zn > SZправ.

(9.4)

На основании этих двух неравенств правило для выбора места расположения главного ствола может быть сформулировано следующим образом.

Если капитальным квершлагом пересекается свита пластов, то наивыгоднейшее место расположения главного ствола будет находиться в точке пересечения квершлагом такого пласта, запасы которого, будучи прибавленными к сумме запасов пластов, расположенных по квершлагу справа от него, дадут сумму большую суммы запасов пластов, расположенных слева от него, а будучи прибавленным к сумме запасов, расположенных слева от него, дадут сумму большую суммы запасов пластов, расположенных справа от него.

Если размеры шахтного поля по пластам одинаковы и одинаковая плотность угля, то вместо запасов в вышеприведенных неравенствах можно использовать пропорциональные им мощности пластов, то есть:

Smправ + mn > Smлев; Smлев + mn > Smправ.

(9.5)

При решении задач по выбору места расположения главного ствола с помощью систем неравенств (9.4) или (9.5) могут встретиться следующие частные случаи.

1. Если величина запасов в одном из конечных пунктов транспортного пути (например, в точке 1 с запасами Z₁ по рис. 9.2, а) больше половины суммы всех остальных запасов, подвозимых к этому пункту, т. е. Z ₁>S Z /2, то оптимальное место расположения главного ствола будет находиться в этом пункте.

2. В том случае если окажется, что

SZ_прав + Z_n = SZ_лев или SZ_лев + Z_n > SZ_прав ,

то оптимальное место расположения главного ствола в первом случае может находиться на любом расстоянии между точками n и n –1, а во втором — между точками n и n +1.

Следует особо подчеркнуть, что наивыгоднейшее место расположения главного ствола не зависит от расстояния доставки, а только от величины транспортируемых запасов.

При многогоризонтном вскрытии шахтного поля, например, свиты крутых пластов, выбор места расположения главного ствола по условиям наименьшей работы транспорта производится следующим образом (рис. 9.2,б):

– вычерчивается в масштабе разрез шахтного поля вкрест простирания;

– показываются на разрезе все погоризонтные или этажно-горизонт­ные квершлаги, которые необходимо будет провести для полной отработки шахтного поля;

– наносятся стрелками в точках пересечения квершлагов с пластами промышленные запасы соответствующих этажей по всем пластам или же их мощности;

– проводится под чертежом горизонтальная линия, параллельная квершлагам, на которую проектируются все запасы, поступающие с пластов на квершлаги всех горизонтов (или их мощности);

– оперируя величиной спроектированных запасов (или мощностей пластов) с помощью системы неравенств (9.4) (или (9.5)) находят на прямой АБ пункт сосредоточения таких запасов Z_n (или мощностей пластов m_n), который и будет обеспечивать наименьшую работу транспорта по квершлагам, а, следовательно, являться местом оптимального расположения главного ствола.

Как показала практика шахт Центрального района Донбасса, при расположении стволов внутри свиты разрабатываемых пластов, несмотря на оставление предохранительных целиков, происходит искривление стволов и деформация крепи. Искривление происходит в направлении противоположном падению пластов и обусловливается тем, что отработанные в лежачем боку пласты вызывают смещение всей вышележащей толщи пород на большой площади. Охранные целики сравнительно небольших размеров не предотвращают такие смещения.

Для предупреждения искривления стволов необходимо оставлять для их охраны целики больших размеров, либо располагать стволы в лежачем боку свит (рис. 9.3, б). Каждый из указанных способов имеет свои достоинства и недостатки.

Рисунок 9.3 – Способы расположения стволов при разработке свиты крутых пластов: а – внутри свиты; б – в лежачем боку свиты

При расположении стволов внутри свиты пластов (рис. 9.3, а) обеспечивается более быстрый ввод горизонтов в работу; длина всех этажных квершлагов остается постоянной; значительно снижается депрессия шахты за счет того, что этажные квершлаги двусторонние и происходит раздвоение потоков воздуха, как на транспортном, так и вентиляционном горизонтах; обеспечивается наименьшая работа транспорта. Недостатком способа является необходимость оставления охранных целиков больших размеров по многим пластам, а отсюда большие потери угля.

При расположении стволов в лежачем боку свиты (рис. 9.3, б) отсутствуют потери угля в охранных целиках, ис­ключаются искривления и деформации стволов под влиянием очистных работ.

В то же время этому способу присущи крупные эксплуатационные недостатки:

– значительно возрас­тает длина этажно-горизонтных квершлагов, в результате чего возрастают затраты на их проведение и транспорт угля по ним;

– удлиняются сроки подготовки горизонтов как вследствие большей длины квершлагов, так и из-за того, что они проводятся одним забоем;

– увеличивается депрессия шахты, поскольку весь воздух от ствола идет по одному квершлагу. Чтобы обеспечить допустимые скорости движения воздуха и величину депрессии, приходится проводить квершлаги большим сечением, либо проводить их по два на каждом горизонте.

Указанные недостатки послужили причиной того, что во всем Центральном районе имеется только одна шахта им. Ю.А.Гагарина с расположением стволов в лежачем боку свиты.

Дата добавления: 2015-03-31