6. Вскрытие шахтного поля

При назначении возможных схем вскрытия для определенных горно-геологических условий учитываются:

угол падения свиты пластов - 12°;

выбранный способ подготовки шахтного поля - погоризонтный способ;

размеры шахтного поля - 6000Ч1800 м;

мощность наносов - 55 м.

В данном курсовом проекте рассматриваются два конкурентно способных метода вскрытия шахтного поля:

1вариант. Двухгоризонтное вскрытие пологих пластов вертикальными стволамии погоризонтными квершлагами.

При двухгоризонтном вскрытие шахтного поля в качестве главного ствола принят вертикальный ствол, который параллельно переходит квершлагу I горизонта и углубляется до квершлага II горизонта. Параллельно главному стволу проходит вертикальный вспомогательный ствол. Главные и вспомогательные стволы проходят через вышележащий пласт.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами является наиболее универсальным и распространенным, его применяют независимо от числа рабочих пластов в шахтном поле, мощности и угла падения этих пластов, мощности наносов и глубины разработки, производственной мощности шахты и т. д. Вертикальные стволы обычно пересекают породы и пласты полезного ископаемого при горизонтальном, пологом и наклонном их залегании (рис.4).

Рис - 4. Схема двухгоризонтного вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами: 1 - главный ствол; 2 - углубленная часть главного ствола; 3 - вспомогательный ствол; 4- вспомогательная часть главного ствола; 5 - квершлаг I горизонта; 6- квершлаг II горизонта; 7 - фланговые вентиляционные шурфы; 8- фланговые вентиляционные стволы II горизонта; 9 - вентиляционные квершлаги I горизонта

Шахтное поле по падению разделяется на 2 горизонта. Размер каждого горизонта по падению не должен быть более 2200 м, а его запасов для разработки должно хватать не менее чем на 28,5 лет.

Стволы первоначально проходят только до отметки первого горизонта, а пласты вскрывают откаточным квершлагом. На него отрабатывают запасы бремсберговой части.

По мере отработки этих запасов стволы заблаговременно углубляют до второго горизонта, а пласты вновь вскрывают откаточным квершлагом. В связи с этим квершлаги и получили название погоризонтных.

Для проветривания выработок первого горизонта в зависимости от глубины расположения верхней границы шахтного поля от поверхности проводят шурфы, один или несколько фланговых стволов. При отработке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта используется как вентиляционный и проводится вентиляционный ствол до отметки первого горизонта.

Для производства углубки стволов необходимо иметь углубочные отделения, оборудованное специальным одноклетевым подъемом с противовесом на большегрузную вагонетку.

Многогоризонтное вскрытие может применяться при любом способе подготовки шахтного поля.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами рекомендуется применять при углах наклона пластов до 18° и размерах шахтного поля по падению от 2,5 км и более.

2 вариант. Двухгоризонтное вскрытие главным наклонным стволом, вспомогательным вертикальным стволом и погоризонтными квершлагами.

В соответствующих горно-геологических условиях проходят наклонные стволы, что обеспечивает определенные экономические и технические выгоды по сравнению со вскрытием вертикальными стволами. Наклонные стволы обычно проходят по пласту и, как исключение, по породам лежачего или висячего бока.

При двухгоризонтной схеме вскрытия в качестве главного ствола принимаем наклонный ствол, который переходит в квершлаг Iгоризонта.

В качестве вспомогательного ствола принимается вертикальный ствол, который параллельно переходит через квершлаг Iгоризонта и углубляется до квершлага II горизонта. Вспомогательные и главные стволы проходят через нижележащий пласт.

Рис - 5. Двухгоризонтная схема вскрытие главным наклонным стволом, вспомогательным вертикальным стволом и погоризонтным квершлагами: 1-главный наклонный ствол; 2 - вспомогательный ствол; 3- углубленная часть вспомогательного ствола; вспомогательная часть главного ствола; 4- квершлаг I горизонта; 5- квершлаг II горизонта; 6- фланговые вентиляционные шурфы; 7- фланговые вентиляционные стволы II горизонта; 8- вентиляционные квершлаги I горизонта

Главный ствол предназначен для подъема полезного ископаемого и оборудуется ленточными конвейерами. Из вспомогательного производится подъем породы из шахты и спуск оборудования и материалов в шахту, спуск и подъем людей. Для вспомогательных транспортных операций и вентиляции сооружается вертикальный стол, а для того, чтобы избавиться от трудоемкого и малопроизводительного канатного подъема по наклонным выработкам, проводят этажные квершлаги.

В настоящее время, используя преимущества поточного конвейерного транспорта, строят крупные шахты, на которых предусмотрены для выдачи горной массы на поверхность наклонные стволы, оборудованные мощными конвейерными установками. Для вспомогательных транспортных операций и вентиляции сооружают вертикальные стволы, а для того чтобы избавиться от трудоемкого и малопроизводительного канатного подъема по наклонным выработкам, проводят этажные квершлаги.

В последствии после расчета экономических затрат был выбран более экономически выгодный способ.

Для каждого из выбранных вариантов рассчитывались все необходимые параметры.

Таблица 8- Выработки, учитываемые при сравнении вариантов

Для выбора рационального способа вскрытия был использован метод сравнения вариантов:

1) выбор рационального способа вскрытия осуществляется путем экономического сравнения рассматриваемых вариантов;

2) при сравнении вариантов учитываются следующие статьи затрат:

а) капиталовложения первоначальные (до сдачи шахты в эксплуатацию) и будущих лет (после сдачи шахты в эксплуатацию);

б) эксплуатационные расходы на:

-проведение подготовительных выработок;

-поддержание подготовительных выработок;

-ремонт капитальных горных выработок;

-транспорт и подъем угля;

-реновацию капиталовложений;

-водоотлив (при щ> 1).

3) при сравнении вариантов учитывались только те затраты, на которые отличаются рассматриваемые схемы. Одинаковые расходы (проведение одних и тех же выработок равной длины и поперечного сечения, их поддержание, транспорт одинаковых объемов полезного ископаемого на равную длину одинаковыми средствами и др.) не учитывались.

Расчет параметров вскрытия шахтного поля:

1 вариант - Двухгоризонтное вскрытие пологих пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами.

Глубина ствола определяется по одной из формул:

h = hн + Lбр?sinб + hз, (11)

где hз - глубина зумпфа, у скипового ствола 20...40 м, у клетевого 7...10 м;

hн - мощность наносов;

Lбр - наклонная высота бремсберговой части шахтного поля;

б - угол падения свиты пластов.

Глубина углубки

h = (H - Lбр)?sinб, (12)

где H - размер шахтного поля по падению.

Объем околоствольного двора

Vод = 1.4•Аст+85•q+10•Vв+1700, (13)

Аст - суточная мощность шахты, т;

q - относительная газообильность, м3/т;

Vв - водоприток воды в шахту, м3/час.

Длина квершлага определяется по формуле:

Площади поперечных сечений (S) скиповых стволов определяются с учетом размеров оборудования, работающего в стволе, и в учебных расчетах диаметры стволов в свету принимаются равными 5 м, если годовая мощность шахты не более 2,4 млн.т, и 5,5 м, если годовая мощность шахты более 2,4 млн.т.

Площади поперечных сечений клетевых стволов определяются с учетом количества воздуха, поступающего по стволу (Q)

, (14)

где VД - максимально допустимая скорость движения воздуха по стволу;

для грузо-людских стволов 8 м/с, для грузовых 12 м/с;

Q - количество воздуха, поступающего через ствол в шахту, м3/с;

, (15)

kР - коэффициент, учитывающий утечки и резерв воздуха, kР =1.6...1.8;

d - максимально допустимое по ПБ содержание газа в исходящей струе воздуха из шахты, d = 0,75 %.

Все рассчитанные площади поперечного сечения округляются в большую сторону до ближайшего типового сечения.

Сроки отработки отдельных частей шахтного поля (этажей, панелей, горизонтов) определяются делением запасов этих частей на годовую добычу шахты.

Коэффициент водообильности щ определяется по формуле

, (16)

где VB - среднечасовой приток воды в шахту, м3/час.

2 вариант - Двухгоризонтное вскрытие главным наклонным стволом, вспомогательным вертикальным стволом и погоризонтными квершлагами.

Длина главного наклонного ствола:

где - мощность наносов,м;

H -длина шахтного поля,м;

- угол наклона главного наклонного ствола;

- угол наклона залегания пластов.

Площадь сечения - 14,5м2.

Объем околоствольного двора:

Длина квершлага определяется:

где H - длина шахтного поля.

Площадь сечения - 17,6 м2.

Длина уклона рассчитывается по формуле:

где Н - длина шахтного поля, м;

- длина бремсберга, м.

Площадь сечения - 13,2м2.

Количество квершлагов:

где - количество воздуха, поступающего через ствол в шахту, куб.м/с.

Стоимость проведения горных выработок

1 вариант:

Главный вертикальный ствол:

где b - коэффициент, учитывающий стоимость проведения в различные периоды строительства (b = 3,06);

с1и с2 - эмпирические коэффициенты: с1 = 72700; с2 = 5130.

S - площадь поперечного сечения ствола в свету, м2;

Околоствольный двор:

где - объем околоствольного двора, м3.

2 вариант:

Главный наклонный ствол:

где b = 3,06

с1 = 40800; с2 =4100.

Околоствольный двор:

Расчеты первоначальных капитальных затрат сводятся в таблицу 10 по вариантам.

Таблица 10 - Первоначальные капитальные затраты

Капитальные затраты будущих лет (СПР) рассчитываются по действующим стоимостным параметрам и приводятся к базовому периоду (базовый период - момент сдачи шахты в эксплуатацию) по формуле

; (17)

КПР = (1 + Е)t, (18)

где С - капиталовложения, рассчитанные по действующим стоимостным параметрам;

Е - нормативный коэффициент приведения, Е =0.08;

t - период отдаления капиталовложений от базового периода, лет.

Если t > 20 лет, то принимается t = 20 лет;

КПР - коэффициент приведения.

Капитальные затраты будущих лет:

1 вариант:

Углубка главного вертикального ствола:

594500=832300

Квершлаг:

где b = 1,34;

.

2 вариант:

Уклон:

где b = 1,34;

Квершлаг:

где b = 1,34;

Расчеты капиталовложений будущих лет сводятся в таблицу 11 по вариантам.

Таблица 11 - Капитальные затраты будущих лет

Эксплуатационные затраты на проведение подготовительных горных выработок рассчитываются в том случае, если в сравниваемых вариантах предусматривается применение разных способов подготовки шахтного поля. Если же в сравниваемых вариантах предусматривается применение одинаковых способов подготовки шахтного поля, то объемы проведения подготовительных выработок отличаются незначительно и данная статья затрат может не учитываться. Если эксплуатационные затраты на проведение подготовительных горных выработок рассчитываются, то эти расчеты приводятся в таблице, аналогичной таблице 10.

Тот же порядок расчетов применим и к эксплуатационным затратам на поддержание подготовительных горных выработок. Если эксплуатационные затраты на поддержание подготовительных горных выработок рассчитываются, то эти расчеты приводятся в таблице 12.

Затраты на ремонт капитальных горных выработок. На ремонт капитальных горных выработок ежегодно отчисляется 2.2 % от первоначальной их стоимости. Результаты расчетов затрат на ремонт капитальных горных выработок сводятся в таблицу 13.

Таблица 13

Результаты расчетов затрат на транспорт и подъем полезного ископаемого по каждому варианту сводятся в таблицу 14.

Таблица 14

Затраты на водоотлив рассчитываются в том случае, если коэффициент водообильностищ1. Т. к. коэффициент водообильности меньше 1, то затраты на водоотлив не учитываются.

Суммарные затраты по всем статьям сводятся в таблицу 16.

Таблица 16

Выбор рационального варианта вскрытия шахтного поля зависит от соотношения по вариантам капитальных (К1и К2) и эксплуатационных (Э1 и Э2) затрат, рассчитанных в таблице 12.

Если К1<К2 и Э1>Э2, то выбор рационального варианта производится с учетом срока окупаемости капитальных вложений , который определяется по формуле:

где А- годовая мощность шахты,млн.т;

- промышленные запасы шахтного поля,млн.т.

лет, то рациональным является вариант, которому соответствует большее значение капитальных затрат. Поэтому экономически выгоднее применить 2 вариант вскрытия шахтного поля, который предусматривает в качестве главного ствола - наклонный ствол при погоризонтной системе подготовки.