4.1. Выбор схемы и способа подготовки шахтного поля

На основании исходных данных и норм технологического проектирования выбирается схема подготовки шахтного поля, в зависимости от размеров шахтного поля по простиранию и по падению. Выбор схемы подготовки шахтного поля, ее параметров и конструктивных элементов относится к основным технико-экономическим вопросам, решаемым при проектировании новых шахт и горизонтов и планировании горных работ на действующих угольных шахтах. Неправильное решение этого вопроса ведет к удорожанию добычи 1 т угля, значительному увеличению первоначальных капитальных затрат на строительство шахт, ухудшению условий поддержания выработок, увеличению пожароопасности и другим неблагоприятным последствиям.

Подготовкой шахтного поля называют определённый порядок проведения выработок, осуществляемый после вскрытия шахтного поля и обеспечивающий возможность подготовки выемочных полей.

Подготовка выемочного поля (участка) при делении шахтного поля на панели заключается в проведении и оборудовании всех подготовительных выработок в ярусе, панели (при горизонтальном залегании пластов), включая проведение и оборудование ярусных штреков и разрезных печей. Подготовка выемочного поля при делении шахтного поля на этажи включает в себя работы по проведению и оборудованию всех подготовительных выработок в выемочном поле, начиная с участковых бремсбергов или уклонов и заканчивая разрезными печами.

Расположение основных подготовительных выработок относительно пласта и его элементов. По этому признаку каждая группа способа подготовки разделяется на подгруппы: индивидуальный — пластовый, полевой, пластово-полевой; групповой — полевой, пластово-полевой.

При пластовом способе подготовки все основные подготовительные выработки проводят и поддерживают по каждому из разрабатываемых пластов полезного ископаемого. Основные его достоинства — простота технологии проведения выработок и планировки горных работ, меньший выход породы, чем при полевом и пластово-полевом способах; недостатки — значительные потери угля в целиках и затруднения с поддержанием выработок. Пластовую подготовку необходимо применять для разработки пластов, неопасных по внезапным выбросам и самовозгоранию угля, при боковых породах, смещение которых не превышает допустимых запасов на осадку контура выработок, соответствующих податливости применяемой крепи.

При полевом способе подготовки все основные подготовительные выработки проводят по пустым породам на некотором расстоянии от разрабатываемых пластов, периодически соединяя их с участковыми пластовыми выработками. Полевой способ подготовки позволяет вести обособленную подготовку и отработку запасов в различных частях шахтного поля и на отдельных пластах, а также безопасную подготовку и отработку пластов с углем, склонным к самовозгоранию, опасных по внезапным выбросам угля и газа или по горным ударам. Полевые выработки необходимо закладывать на расстоянии не менее 5 м от выбросоопасных угольных пластов, считая по нормали. При заложении на меньшем расстоянии полевую выработку необходимо проводить с бурением разведочных скважин через каждые 5 м подвигания. К недостаткам полевого способа подготовки относят: большой объем породы, выдаваемой из шахты, что обусловливает необходимость в увеличении пропускной способности вспомогательных стволов и сопряжено с повышенными затратами на транспортирование и складирование породы; недостаточную доразведку пластов при проведении основных подготовительных выработок; большую стоимость проведения единицы длины полевых выработок по сравнению с пластовыми того же сечения и назначения. Полевую подготовку следует применять для разработки свиты или одиночных (включая мощные) пластов, а также для пластов угля, склонных к самовозгоранию и опасных по внезапным выбросам угля и газа, при боковых породах, смещение которых превышает допустимые запасы на осадку контура выработки, соответствующие податливости применяемой крепи.

При пластово-полевом способе подготовки все основные подготовительные выработки проводят и поддерживают как по пласту полезного ископаемого, так и по пустым породам. Этот способ подготовки дает возможность сократить потери угля, упростить выбор способа охраны выработок и снизить затраты на их поддержание. Однако он характеризуется повышенным выходом породы, увеличенными затратами на проведение выработок, а также более сложной технологией проведения выработок.

Схема подготовки - характерное расположение объединенных с учетом функционального назначения в единый комплекс подготавливающих выработок, обеспечивающих деление шахтного поля на готовые к выемке части.

Существует 4 вида схем подготовки:

1. Панельная схема подготовки шахтного поля.

Панельная схема подготовки шахтного поля - это совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на панели. При разработке горизонтальных пластов в случае сложной конфигурации шахтного поля и при углах залегания α<25° с выемкой их по простиранию. Размер по падению 1200-1500м, по простиранию 3500-4000м.

Сущность панельной схемы подготовки заключается в том, что на уровне околоствольного двора проводится главный откаточный штрек. Затем в пределах каждой панели проводят панельные бремсберги (уклоны) с ходками. Каждая панель отрабатывается частями по простиранию, называемыми ярусами. Очистные и подготовительные выработки в панелях проветриваются через центрально-сдвоенные стволы или через один ствол и шурфы, пройденные для каждой панели. На практике применяются в основном двукрылые панели. Порядок отработки ярусов в панели, как правило, обратный, порядок отработки панелей в бремсберговой части шахтного поля преимущественно прямой, в уклонной - обратный. Число очистных забоев, действующих в панели, - два-три. Схема проветривания выемочных участков - прямоточная и возвратноточная, с подсвежением и без подсвежения исходящей из очистного забоя струи.

К вариантам панельной схемы подготовки относят также схемы с проведением промежуточных ходков на флангах. В каждой из этих схем возможны применение возвратного или прямоточного проветривания и подготовка очередных ярусов выработками, проводимыми вприсечку к выработанному пространству или повторно используемыми. Длина панели по падению составляет 1000-1500м, а двукрылой панели по простиранию - 2500-3000м. Высота яруса колеблется от 90-100 до 250-300м, преобладает высота 150-200м.

Панельная схема подготовки шахтных полей в России, как правило, применяется при разработке горизонтальных пластов и пластов с углами падения до 25°. Она позволяет при полной конвейеризации шахты и других благоприятных условиях создать очень крупные по мощности предприятия.

Д о с т о и н с т в а панельной схемы подготовки:

• возможность создания крупных по мощности шахт за счет одновременной работы в нескольких панелях и обеспечения благоприятных условий для применения наиболее эффективного конвейерного транспорта;

• использование откаточных выработок одного горизонта для подготовки и отработки значительных по объему запасов;

• сравнительно малый объем постоянно поддерживаемых выработок;

• большая нагрузка на отдельный пласт и панель, способствующая высокой концентрации горных работ.

Н е д о с т а т к и панельной схемы подготовки:

• ограничение области применения пологими и наклонными пластами;

• сложность в обеспечении надежного проветривания имеющих большие размеры бремсберговых и особенно уклонных полей, в которых насчитывается несколько одновременно действующих подготовительных и очистных забоев;

• трудности с эксплуатацией длинных наклонных выработок.

2. Этажная схема подготовки шахтного поля.

Этажная схема подготовки шахтного поля - это совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на этажи. Область применения α>25°. Но если размер по простиранию до 4000м, и отрабатываются газоносные пласты, что требует проведения минимального количества горных выработок, то этажная схема может применяться и при α<25°. Высота этажа при α<55° 800-400м, при α>55° 120-150м.

Отличительной особенностью этажной схемы подготовки является деление шахтного поля на этажи, вертикальная высота которых одинакова по всему простиранию пласта в шахтном поле. Разные по времени отработки этажи могут иметь различную вертикальную высоту. В зависимости от мощности и газоносности пластов, склонности угля к самовозгоранию, устойчивости вмещающих пород, опасности в отношении горных ударов, геологической нарушенности, а также производственной мощности шахты и других факторов вертикальная высота этажа принимается не менее 100-120 м.

При этажной схеме подготовки от околоствольного двора или места пересечения пласта капитальным квершлагом проводят главный откаточный штрек (пластовый или полевой) обычно на длину до 150м, а из него в середине шахтного поля — капитальный бремсберг с одним-двумя ходками для доставки грузов и передвижения людей. От капитального бремсберга в обе стороны проводят этажные откаточные и вентиляционные штреки с просеками (параллельными штреками), которые сбивают разрезными печами на расстоянии не менее 40 м от ходков (при прямом порядке отработки) или у границ этажа (при обратном порядке). После отработки запасов в первом этаже ведут очистную выемку во втором.

При отработке запасов последнего этажа в бремсберговой части шахтного поля приступают к подготовке этажей в его уклонной части. С этой целью на наклонную высоту этажа проводят капитальный уклон и два ходка, остальные подготовительные выработки проводятся по уже описанной схеме. Схемы проветривания уклонной части шахтного поля должны быть такими, чтобы свежий воздух для проветривания подавался из нижней точки уклонного поля по специально пройденным или предназначенным для этого выработкам.

В основном она используется при разработке пластов с углами падения более 25°. В некоторых случаях она применяется на пологих пластах: при вскрытии шахтных полей наклонными стволами, пройденными по пласту; при вскрытии вертикальными стволами полей с небольшими размерами по простиранию; при разработке сильногазоносных пластов.

Д о с т о и н с т в а этажной схемы подготовки: простота проветривания; небольшой объем подготовительных выработок; возможность быстрого ввода шахты в эксплуатацию.

Н е д о с т а т к и — отсутствие возможности для широкого развития фронта очистных работ, необходимость в проведении этажных откаточных штреков на всю длину шахтного поля и поддержании их в течение всего периода отработки этажа.

3. Погоризонтная схема подготовки шахтного поля. Погоризонтная схема подготовки - это пространственное расположение горных выработок, делящее шахтное поля транспортными горизонтами на выемочные ступени, отрабатываемые затем по падению и восстанию. Область применения - пласты любой мощности с углом залегания α<10-12°. Размер выемочной ступени по простиранию равен размеру шахтного поля, размер по падению 400 - 2600м.

Сущность погоризонтной схемы подготовки шахтных полей заключается в том, что основными горизонтальными выработками шахтное поле делится на горизонты (ступени), которые отрабатываются лавами, подвигаемыми по падению или восстанию пласта. В каждой ступени от главного квершлага проводят по отдельным пластам магистральные транспортный и вентиляционный штреки. При прямом порядке отработки шахтного поля, наиболее характерном для данной схемы подготовки, магистральные штреки удлиняются по мере отработки выемочных столбов до тех пор, пока не будет отработана вся ступень шахтного поля. Выемочные столбы подготавливают при помощи конвейерных бремсбергов (или уклонов) и вспомогательных ходков, непосредственно примыкающих к очистному забою и проводимых от магистральных штреков сверху вниз или снизу вверх в зависимости от газоносности разрабатываемого пласта. Погоризонтная схема подготовки применяется практически во всех угольных бассейнах России.

При погоризонтной схеме подготовки с выемкой столбов по падению или восстанию наклонную высоту между выемочными ступенями горизонта (длину выемочных столбов) следует принимать 800-1000м для тонких и мощных пластов и 1200—1500 м для пластов средней мощности.

Погоризонтная схема подготовки позволяет (ее достоинства):

• упростить подготовку шахтного поля и схему транспортирования угля в шахте;

• сократить протяженность и объем выработок по подготовке шахтного поля;

• обеспечить стабильность длины лавы, что благоприятно сказывается на использовании выемочных комплексов;

• уменьшить вероятность встречи нарушений, поскольку они преимущественно ориентированы по падению пластов, и тем самым повысить надежность работы лав;

• при подвигании лав по падению уменьшить поступление метана из выработанного пространства в призабойное, снизить интенсивность отжима угля;

• при подвигании лав по восстанию сократить приток воды в призабойное пространство;

• создать большую наклонную высоту ступени шахтного поля;

• обеспечить полную конвейеризацию транспортирования угля в пределах участка на пластах с любой гипсометрией;

• сократить одну транспортную ступень в связи с ликвидацией панельных (капитальных) наклонных выработок (бремсбергов и уклонов);

• повысить устойчивость вентиляционных струй и уменьшить утечки воздуха.

Н е д о с т а т к и погоризонтной схемы подготовки, кроме ограничения области применения по углу падения пластов (до 10°), связаны с дополнительными трудностями, обусловленными необходимостью проведения длинных наклонных выработок.

4. Комбинированная схема подготовки шахтного поля. Комбинированные схемы подготовки шахтного поля - это схемы, при которых одновременно или последовательно шахтное поле делится на этажи и панели, панели и горизонты, этажи, панели и горизонты.

Погоризонтная, панельная и этажная схемы могут применяться в любом сочетании со способами подготовки, классифицируемыми по дополнительным признакам.

Комбинацию различных схем подготовки следует применять, если в пределах шахтного поля условия залегания пластов существенно изменяются. Различают подготовку шахтного поля и подготовку выемочного поля (столба, участка).

Таблица 3.1