Вскрытие вертикальными стволами. Расположение стволов в шахтном поле и выбор места их заложения

Способ вскрытия

Способ вскрытия – это качественная характеристика шахты, отражающая особенности вида и взаимного расположения главных и вспомогательных вскрывающих выработок, проводимых в период эксплуатации горного предприятия для создания доступа к месторождению или его части с поверхности земли.

Схема вскрытия – это графическое изображение способа вскрытия. Она представляется в виде проекции горных выработок на вертикальную, горизонтальную (или наклонную) плоскости.

К способам вскрытия месторождений предъявляются

следующие требования:

- наличие не менее двух отдельных выходов на поверхность,

приспособленных для передвижения (перевозки) людей;

- планомерная разработка шахтного поля в течение всего срока

службы шахты и обеспечение стабильной проектной мощности;

- высокая производительность труда при минимальной себестоимости;

- минимальный объем вскрывающих горных выработок;

- минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие и строительство шахты;

- однотипность транспорта;

- бесступенчатость транспорта;

- периодическое обновление горного хозяйства шахты;

- возможно больший срок существования горизонта или этажа

(10-15 лет при разработке пологих и наклонных пластов и не менее 10

лет при разработке крутых пластов);

- надежное проветривание шахты и выемочных полей;

- максимальное извлечение полезного ископаемого;

- минимальные эксплуатационные расходы

К числу основных геологических факторов, оказывающих

влияние на выбор способа вскрытия, относятся:

- мощность и угол падения пластов;

- число рабочих пластов в шахтном поле и расстояние между ними;

- глубина залегания пластов от поверхности и ее рельеф;

- мощность наносов и их водонасыщенность;

- нарушенность месторождения и газоносность пластов;

- физико-механические свойства вмещающих пород;

- марочный состав добываемого угля.

К числу основных горнотехнических и экономических

факторов, оказывающих влияние на выбор способа вскрытия,

относятся:

- форма и размеры шахтного поля;

- производственная мощность и срок службы шахты;

- способ подготовки, система разработки и схема вентиляции;

- уровень развития горнодобывающей техники;

- стоимость и сроки сооружения различных объектов шахты.

Учет влияния перечисленных факторов должен быть

комплексным.

К главным вскрывающим относятся выработки, имеющие выход на земную поверхность (вертикальные и наклонные стволы, штольни),

к вспомогательным – выработки, не имеющие выхода на поверхность

Существующие способы вскрытия шахтных полей

классифицируются по следующим признакам:

- по виду применяемых для вскрытия главных вскрывающих выработок;

- по количеству транспортных (подъемных) горизонтов;

- по количеству вскрывающих пластов и углу их падения.

По виду применяемых для вскрытия главных вскрывающих выработок различают следующие способы вскрытия:

- вскрытие вертикальными стволами;

- вскрытие наклонными стволами;

- вскрытие штольнями;

- комбинированные способы вскрытия, при которых применяют разнотипные главные вскрывающие выработки, например, вертикальные и наклонные стволы.

При одногоризонтных способах запасы шахтного поля отрабатываются на один транспортный горизонт, время службы которого соответствует сроку службы шахты. Многогоризонтные способы вскрытия предусматривают наличие двух и болем транспортных горизонтов.

По количеству вскрываемых пластов различают вскрытие пласта и свиты пластов, а по углу падения – вскрытие пологих и горизонтальных пластов и вскрытие крутых пластов.

Сущность вскрытия одиночного пологого пласта наклонными стволами

Сущность вскрытия одиночного пологого пласта наклонными стволами заключается в том, что с поверхности до нижней границы 1-го этажа по падению пласта примерно в центре шахтного поля проводятся стволы – главный и вспомогательные. На уровне границ кондиционного угля в обе стороны от стволов проводятся этажные вентиляционные штреки, а у нижней границы этажа – этажныеоткаточные штреки. В зависимости от принятого порядка отработки этажа с откаточного до вентиляционного штрека проводятся разрезные печи. По мере отработки запасов 1-го этажа заблаговременно подготавливаются к отработке запасы 2-го этажа, для чего стволы углубляются до горизонта откаточного штрека 2-го этажа. Откаточный штрек выше расположенного этажа используется при этом в качестве вентиляционного для нижележащего

В настоящее время преобладает тенденция закладки наклонных стволов в пустых породах (рис.2.3), потому что при этом улучаються условия их поддержания в процессе эксплуатации, снижаются потериугля в околоствольных целиках и исключается опасность их самовозгорания. Положительное влияние этих факторов полностью компенсирует увеличение трудоемкости при проходке стволов по пустым породам

Достоинствами схемы вскрытия горизонтального пласта наклонными стволами являются:

- наиболее полно используется основное преимущество

наклонного ствола, оборудованного конвейерами: полная конвейеризация шахты от забоя до погрузки угля в железнодорожные вагоны при практически неограниченной пропускной способности главного ствола;

- подачу электроэнергии, материалов и откачку воды с выемочных участков возможно осуществлять по скважинам, пройденным с поверхности, что уменьшает потребность в кабелях и трубах, упрощает надзор, повышает безопасность и в значительной степени снижает нагрузку со вспомогательного наклонного ствола.

Вскрытие свиты пластов

Рисунок 2.4. – Схема вскрытия свиты пластов наклонными стволам и капитальными квершлагами

При вскрытии свиты пологих пластов наклонные стволы целесообразно проходить по нижнему пласту с устойчивыми боковыми породамиВскрытие свиты пологих пластов наклонными стволами, пройденными по пласту угля, и капитальными квершлагамиприменяется в тех случаях, когда вначале предполагалось разрабатывать только один пласт, а со временем в силу различных причин принимается решение разрабатывать соседние пласты. Выбор горизонтального или наклонного квершлага зависит от расстояния

между пластами и угла их падения. Горизонтальные квершлаги оправдывают себя при расстоянии между пластами до 150 м и уграх падения более 8⁰.

Рисунок 2.5 – Вскрытие свиты пластов наклонными стволами, пройденными вкрест простирания пластов, и капитальным квершлагом Вскрытие наклонными стволами, пройденными по породам вкрест простирания пластов, и капитальным квершлагом не нашла широкого применения на практике потому, что при отработке нижних горизонтов стволы почти полностью находятся в зоне, подверженной влиянию очистных работ, и под ними необходимо оставлять целики угля больших размеров.

Рисунок 2.6 – Вскрытие свиты пластов наклонными стволами и

этажными квершлагами

Рисунок 2.7 – Вскрытие двух пластов наклонными стволами и

этажными скатами

При вскрытии пластов наклонными стволами и этажными скатами (гезенками) откатка грузов концентрируется на нижнем пласте. При этом схема транспорта становится ступенчатой: штрек верхнего пласта – скат- штрек нижнего пласта. Скаты периодически заменяются по простиранию новыми, расположенными ближе к очистным забоям. Транспортные штреки верхних пластов оборудуют

скребковыми конвейерами, доставляющими уголь к скату. Их поддерживают только до ближайшего от забоя ската. Материалы и оборудование на верхние пласты доставляются с откаточного штрека по угольным скатам или с вентиляционного штрека по вентиляционным шурфам с помощью лебедок. С этой целью скаты должны иметь специальное отделение.

Достоинства вскрытия пластов наклонными стволами:

- возможность полной конвейеризации доставки угля от забоя до мест погрузки его потребителям;

- большая производительность главного ствола, оборудованного конвейером для выдачи угля;

- сокращение срока строительства шахты и меньшие, чем при вскрытии вертикальными стволами, первоначальные капитальные затраты (упрощенный поверхностный комплекс, несложное оборудование, меньшая стоимость проведения 1 м стволов и т.д.);

- осуществляется дополнительная детальная разведка пласта и условий его залегания;

- возможность получения попутной добычи угля, используемой для нужд строительства, что особенно важно для малообжитых и труднодоступных районов местности;

- простота схем транспорта, вентиляции и технологи проведения стволов.

Недостатки вскрытия пластов наклонными стволами:

- большая длина наклонных выработок по сравнению с вертикальными, пройденными на ту же глубину;

- небольшая пропускная способность вспомогательных стволов

при канатной откатке;

- большая, чем у вертикальных стволов, стоимость поддержания и обслуживания;

- большое сопротивление наклонных стволов движению воздуха и значительные утечки его между главным и вспомогательными стволами.

Область применения вскрытия пластов наклонными стволами:

- незначительная мощность наносов и отсутствие в них плывунов;

- спокойное залегание пластов;

- размер шахтных полей по падению до 2000 и (длина наклонных стволов не должна превышать 1500-1800 м, так как при больших размерах шахтного поля по падению осложняется проветривание и работа вспомогательного канатного подъема, который становится ступенчатым);

- число пластов в шахтном поле – до 3-4-х. При большем числе пластов трудно вести разработку с одинаковой интенсивностью, что и приводит к усложнению схем подземного транспорта и вентиляции

Вскрытие вертикальными стволами. Расположение стволов в шахтном поле и выбор места их заложения

Широкому переходу на вскрытие вертикальными стволами способствовало следующее

- индустриальный метод крепления вертикальных стволов монолитным бетоном

- сооружение многоканатных подъемных установок, способных выдавать уголь с больших глубин (1500 м и более);

- деление шахтных полей, представленных весьма газоносными пластами, на блоки с независимым (секционным) их проветриванием;

- изобретение реактивно-турбинного метода бурения скважин большого диаметра (стволов).

Наиболее рационально в экономическом и техническом отношении расположение главного ствола приблизительно в центрешахтного поля, при котором оно делится по падению на два примерно равных горизонта

Проходить главный ствол у нижней границы шахтного поля

нецелесообразно по следующим причинам:

- максимальная глубина стволов, а следовательно, и наибольшие первоначальные капитальные затраты при строительстве шахты;

- более длительные сроки строительства предприятия;

- дополнительные расходы на подъем и водоотлив по вертикальному стволу.

Проходить главный ствол у верхней границы шахтного поля целесообразно по следующим причинам:

- при размерах шахтного поля по падению более 1200 м ходки, оборудованные подъемом для вспомогательного транспорта и для спуска – подъема людей, придется проводить ступенчатыми;

- необходимо будет иметь более двух подъемных установок и передавать груз с одного ходка на другой, что еще более усложнит работу подземного транспорта и сделает его более дорогим;

- увеличатся затраты на поддержание уклонов и ходков;

ухудшаются условия проветривания очистных и подготовительных забоев

По отношению к простиранию главный ствол должен располагаться на линии, делящей шахтное поле по простиранию на двепримерно равные части. Проведение главного ствола с отклонением от средней линии на 5-8% существенно не повлияет на суммарные расходы на транспорт грузов и поддержание выработок

Располагать главный ствол у одной из границ шахтного поля по простиранию нецелесообразно потому, что оно будет однокрылым. При этом значительно снизится концентрация горных работ, увеличится объем работ на подземном транспорте и возрастут расходы на поддержание горизонтальных выработок.

Рациональным местом заложения главного ствола является область в виде прямоугольника со сторонами 0,1S и 0,15Н, где S – размер шахтного поля по простиранию, а Н – по падению.

Заложение главного ствола вкрест простирания пород

- затраты на транспортирование полезного ископаемого к стволу и на проветривание горных выработок;

- длина квершлагов;

- потери полезного ископаемого в охранных целиках;

- устойчивость пересекаемых стволами пород;

- расположение старых горных выработок;

- рельеф и застроенность земной поверхности;

- удобство укладки железнодорожного пути, наличие водоемов, и др.

Главный ствол нецелесообразно закладывать в висячем боку свиты потому, что даже при отработке запасов первых этажей иоставления охранных целиков больших размеров стволы при этом попадут в зону влияния очистных работ и получат опасные деформации. При расположении стволов в лежачем боку свиты требуется проводить более длинные этажные квершлаги, в результате чего затраты на их проведение и на транспортирование угля по ним больше,

чем при расположении стволов внутри свиты. Однако при этом отсутствуют потери полезного ископаемого в целиках, оставляемых для охраны стволов и квершлагов, а сами стволы не підвергаються деформации под влиянием очистных работ.

Сущность выбора наивыгоднейшего места заложения главного ствола вкрест простирания пород методом Л.Д.Шевякова – Р.А.Селецкого заключается в определении такого места его заложения, в котором суммарная работа транспорта по квершлагам является наименьшей (рис.2.9). Метод сводится к решению 2-х неравенств (неравенств Л.Д.Шевякова-Р.А.Селецкого), представленных на рис. 2.9.

Рисунок 2.9 – Схема к определению места заложения главного ствола

где Σqпр. – сумма грузов, расположенных правее пункта своза всех грузов;

qn - груз в точке n, которая является пунктом своза грузов;

Σqл - сумма грузов, расположенных левее пункта своза всех грузов.

Правило выбора наивыгоднейшего места заложения главногоствола по неравенствам Л.Д.Шевякова-Р.А.Селецкого формулируется следующим образом. Если существует груз qn, расположенный в точке n, который, будучи прибавлен к грузам, расположенным от него слева, дает сумму, большую суммы правых грузов, а будучи прибавлен к сумме грузов, дает сумму, большую суммы левых грузов, то оптимальный пункт своза грузов совпадает с точкой n.

Сущность графического метода определения наивыгоднейшего места заложения главного ствола вкрест простирания заключается в том, что все грузы выражаются соответствующими векторами в масштабе, которые затем суммируются в последовательности расположения их слева направо или наоборот. Полученная сумма векторов делится пополам. Тот вектор, на который приходится точка деления, является грузом qn, определяющим наивыгоднейшее место заложения главного ствола.

Рисунок 2.10 – Определение места заложения главного ствола графическим методом

Сущность определения наивыгоднейшего места заложения главного ствола методом вариантов заключается в определении затрат по 2-3-м сравниваемым промплощадкам. Наиболее сложным моментом является здесь определение места сравниваемых промплощадок.

Требования к рельефу местности

- незатопляемость при паводках;

- удобный и надежный сток воды;

- минимальный объем земляных работ при планировке промплощадки;

- минимальный снос зданий и сооружений;

- недосягаемость для горных и снежных обвалов.

Варианты расположения вспомогательного ствола по отношению к главному: центральное (рис.2.12), центрально- отнесенное (рис.2.13), фланговое (диагональное) (рис.2.14), комбинированное и секционное (рис.2.15, 2.16).

Достоинства центрального расположения стволов:

- единая компактная поверхность;

- минимальные потери угля в охранных целиках;

- быстрое соединение (сбойка) стволов;

- простая схема проветривания уклонного поля;

- возможность использования вспомогательного ствола для выдачи угля.

Недостатки центрального расположения стволов:

- большие капитальные затраты на проходку стволов;

- сложная и ненадежная схема проветривания бремсберговой части шахтного поля.

Достоинства центрально-отнесенного расположения стволов:

- незначительные затраты на прохождение вспомогательного ствола;

- простая схема проветривания бремсберговой части шахтного поля.

Недостатки центрально-отнесенного расположения стволов:

- необходимость поддержания в течение всего срока службы шахты в выработанном пространстве бремсбергового поля длинной вентиляционной выработки;

- рассосредоточение шахтной поверхности;

- большие потери угля в охранных целиках;

- невозможность использования вспомогательного ствола для спуска-подъема грузов.

Достоинства флангового (диагонального) расположения стволов:

- простая схема проветривания;

- стабильность депрессии.

Недостатки флангового расположения стволов:

- необходимость проведения вентиляционных штреков на всю

длину шахтного поля до ввода шахты в эксплуатацию;

- необходимость поддержания в выработанном пространстве 2-х наклонных вентиляционных выработок значительной протяженности в течение всего срока службы шахты;

- разбросанность поверхностного комплекса шахты;

- большие потри в охранных целиках;

- невозможность использования вспомогательных стволов для спуска-подъема грузов.