Особенности вскрытия пластов на больших глубинах. Вскрытие при делении шахтных полей на блоки.

Глубокими считаются шахты с начальной глубиной разработки свыше 600 м при пологом и наклонном залегании пластов и 700 м при крутом. Понятие глубокой шахты является в известной степени условным. Ежегодно уровень ведения горных работ в Донбассе понижается на 10-13 м.

Самой глубокой в мире угольной шахтой была (сейчас уже закрыта) шахта Рю-де-кер-Квареньон (1700 м, Бельгия), в СНГ – шахта «Прогресс» (1300 м, Донбасс). За последние годы в Донецком бассейне построен ряд шахт с проектной глубиной разработки 1200-1500 м. В настоящее время более 130 шахт Донбасса разрабатывают пласты на глубине свыше 700 м, около 80 – на глубине 800 м, на 35 шахтах глубина разработки достигла 1000 и более метров.

С увеличением глубины разработки возрастает интенсивность проявлений особых горно-геологических явлений и изменяются условия протекания физических процессов:

- увеличивается частота и интенсивность внезапных выбросов угля и газа, породы, горных ударов. В настоящее время более 90% шахт – газовые, 45% - опасные по внезапным выбросам и горным ударам, 70% - взрывоопасные;

- изменяются физико-механические свойства боковых пород в направлении снижения их устойчивости и увеличения пластичности;

- повышается температура горных пород и рудничного воздуха (в настоящее время 73 шахты требуют искусственного охлаждения воздуха);

- увеличивается естественная газоносность угольных пластов;

- возрастает напряженное состояние горных пород.

Для нейтрализации вредного влияния роста величины и интенсивности проявлений горного давления, снижения устойчивости пород и увеличения их пластичности рекомендуется:

- выработки околоствольных дворов и протяженные полевые выработки располагать в прочных, монолитных породах, преимущественно вкрест простирания пород;

- при интенсивном пучении пород разрабатываемого пласта главные откаточные штреки и наклонные выработки проводить полевыми в почве на расстоянии не менее 10 м по нормали от пласта в мощном слое песчаников и разгружать их от горного давления путем надработки, т.е. выемки над выработкой полосы угля шириной 100-150 м до начала ее проведения;

- при разработке одиночных пластов, залегающих в неустойчивых породах, для эффективной охраны основных выработок проводить их вслед за разгрузочной лавой и охранять бутовыми полосами в сочетании с бортовыми целиками, которые отделяют бутовые полосы от обрушенных пород выработанного пространства;

- размеры бутовых полос должны быть при этом порядке 30-40 м, бортовых целиков – 20-90 м;

- сечение горных выработок, рассчитанные по фактору транспорта и вентиляции, увеличивать в зависимости от условий поддержания на 20-50%.

Фактическая величина газообильности на глубине 1000 м, как правило, превышает 30-40 м³ на 1 т суточной добычи, ожидаемая ее величина на глубине 1500 м – 40-75 м³ на 1 т суточной добычи. Для снижения вредного влияния газоносности и снижения концентрации метана до допустимых пределов рекомендуется:

- увеличивать объем подаваемого в шахту воздуха, что, в свою очередь, требует резкого увеличения сечения выработок или проведения их в виде двух параллельных выработок;

- производить предварительную дегазацию разрабатываемого и сближенных с ним пластов и спутников;

- применять секционную, прямоточную схему проветривания с целью сокращения протяженности вентиляционной сети;

- осуществлять отсос метано-воздушной смеси из выработанного пространства;

- обеспечивать гладкую поверхность крепи выработок.

На глубине 1000 м температура вмещающих пород составляет 40-43⁰С и на каждые 30 м увеличивается на 1⁰С (геотермический градиент). Для нейтрализации вредного влияния высокой температуры и снижения степени нагревания рудничного воздуха необходимо предусматривать:

- максимально возможную подачу свежего воздуха в отдельные забои;

- сокращение длины (пути) его движения к забоям;

- подачу воздуха с максимально возможной скоростью движения по выработкам;

- применение искусственного охлаждения воздуха путем его кондиционирования.

Сущность вскрытия при делении шахтного поля на блоки (рис.2.31) заключается в том, что шахтное поле по падению делится на 3-4 горизонта размером до 1200 м, а каждый горизонт – на 3-7 блоков размером по простиранию от 2000 до 4000 м. Все блоки на откаточном горизонте соединены между собой единой транспортной магистралью (как правило, полевыми штреками большого сечения), по которой добываемый во всех блоках уголь поступает к главному стволу, пройденному в центре шахтного поля. В вентиляционном же отношении блоки изолированы друг от друга. Каждый блок проветривается свежей струей воздуха и не связан ни с одной выработкой, расположенной за его пределами. При этом используется секционная схема проветривания, при которой свежая струя воздуха подается по одному из блочных стволов, а отработанная, омыв очистные забои, отводится по другому блочному стволу.

Рисунок 2.31 – Схема вскрытия свиты пологих пластов при делении их на блоки

Вскрытие при делении шахтного поля на блоки сочетается со всеми известными способами подготовки, т.е. в пределах блока может быть как панельная, так и этажная и погоризонтная подготовка. При разработке по простиранию с углом падения пластов до 18⁰ преимущественное распространение получила панельная подготовка. При этом в пределах блока может размещаться 1 или 2 панели (одно- и двухпанельная конструкция блока). При углах падения до 12⁰ блок рекомендуется делить на выемочные столбы, отрабатываемые по падению или восстанию, а на крутом падении – на участки-блоки.

Достоинства блочного вскрытия при делении шахтных полей на блоки:

- достигается независимая разработка и проветривание каждого блока;

- большая производственная мощность шахты, которая достигается путем включения в работу нескольких блоков;

- простота схемы транспорта на основе высокой концентрации работ;

- значительно снижаются затраты на поддержание выработок, т.к. выработки с большим сроком службы проходятся полевыми, а пластовые быстро погашаются;

- обеспечивается быстрый рост производительности труда за счет концентрации горного производства;

- повышается безопасность работ благодаря изолированному проветриванию выработок в блоке и наличию нескольких выходов на поверхность.

Недостатки блочного вскрытия при делении шахтных полей на блоки:

- высокие первоначальные капитальные затраты и капитальные затраты будущих лет, связанные с прохождением и углубкой большого числа вертикальных стволов, проведением главных откаточных штреков, квершлагов, околоствольных дворов и других выработок, причем, большинство из них проходятся по породе;

- большой срок строительства шахты и подготовки горизонтов.

Расширению области применения при делении шахтного поля на блоки способствует применение прогрессивного и эффективного способа реактивно-турбинного бурения скважин (блочных стволов) диаметром до 2-2,3 м.

Область применения вскрытия шахтных полей при делении их на блоки:

- высокая газообильность шахт – 15 м³ на 1 т суточной добычи и более;

- размеры шахтных полей по простиранию – 8000 м и и более;

- независимо от глубины разработки и числа пластов в свите;

- большая производственная мощность шахты.

При реконструкции шахт описанное вскрытие реализуется путем объединения горными выработками нескольких мелких шахт в одну крупную шахту.

Вскрытие штольнями

Вскрытие шахтных полей штольнями является одним из самых экономичных и простых и поэтому рекомендуется к применению во всех случаях, когда для этого имеются необходимые предпосылки. В СНГ около 6% шахтных полей вскрыто штольнями.

Сущность вскрытия пологих пластов штольнями (рис.2.32) состоит в том, что с уровня долины проходят капитальную штольню, которая делит шахтное поле на две части: бремсберговую и уклонную. Бремсберговая расположена выше штольневого горизонта, уклонная – ниже него. Дальнейшее развитие горных работ зависит от угла падения пластов и принятой подготовки шахтного поля. Кроме откаточной капитальной штольни проходится также вентиляционная на отметках более высоких, чем откаточный горизонт.

Рисунок 2.32 – Вскрытие пологого пласта штольнями

Вскрытие свиты крутых пластов штольнями показано на рис.2.33.

Рисунок 2.33 – Вскрытие свиты крутых пластов штольнями

При крутых пластах, кроме капитальной и вентиляционной штолен, в качестве дополнительных вскрывающих выработок используются гезенки и этажные квершлаги (для вскрытия пластов, расположенных выше штольневого горизонта) или слепые стволы и этажные квершлаги (для вскрытия пластов, расположенных ниже него).

При выборе места расположения штольни необходимо учитывать следующие обстоятельства:

- устье штольни должно располагаться выше максимально возможного уровня ливневых и паводковых вод во избежание подтопления шахты;

- около устья штольни должна быть промышленная площадка, достаточная для размещения технических зданий и сооружений;

- штольню следует проводить на такой высотной отметке, чтобы возможно большая часть запасов месторождения находилась выше откаточного горизонта и могла быть отработана без подъема и механического водоотлива.

Для обеспечения стока воды штольни должны проводиться с подъемом 0,001. При больших притоках воды проходится специальная дренажная штольня на 5-7 м ниже уровня капитальной.

Достоинства вскрытия штольнями:

- простое оборудование поверхности;

- отсутствие необходимости подъема угля на поверхность и механических средств для водоотлива во время отработки запасов выше уровня штольни;

- высокие технико-экономические показатели.

Недостатки вскрытия штольнями:

- сложность строительства поверхностного комплекса в гористой местности;

- необходимость закладки ступенчатых уклонов при размерах шахтного поля по падению более 2500 – 3000 м;

- необходимость сооружения и эксплуатации слепых стволов при разработке пластов крутого падения.

Область применения вскрытия штольнями – пласты, залегающие в районе с сильно пересеченной гористой местностью, когда вскрытие их вертикальными или наклонными стволами технически невозможно или экономически нецелесообразно.