Вскрытие месторождений и отдельных этажей

Вскрытием называют проходку выработок, открывающих доступ от поверхности земли к месторождению или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных горных выработок. В зависимости от числа пластов или жил, расстояний между ними, глубины залегания, угла падения и некоторых других

факторов вскрытие шахтных полей может быть произведено отдельными стволами, проходимыми на каждый пласт или жилу, центральным стволом с квершлагом и центральным стволом с гезенком. Если на участке залегает один пласт, то он может быть закрыт наклонным (рис. 1, а) или вертикальным (рис. 1, б) стволом.

Рисунок 1. Вскрытие пологого пласта: 1 – околоствольный двор; 2 – главный ствол; 3 – вспомогательный ствол; 4 – откаточный штрек, 5 – вентиляционный штрек; 6 – очистной забой; 7 – капитальный бремсберг; 8 – ходок, 9 – капитальный уклон; 10 – вентиляционные сбойки

При вскрытии шахтного поля наклонным стволом последние проходят сначала только до уровня откаточного штрека первого горизонта (этажа). На этом горизонте устраивают первый околоствольный двор и подготавливают очистные забои (рис. 1, а).

За время отработки первого этажа должен быть подготовлен второй горизонт: углублен наклонный ствол на длину второго этажа, пройден и оборудован околоствольный двор и подготовлены очистные забои.

При вскрытии шахтного поля вертикальным стволом (рис. 1, б) последний проходят не до первого горизонта, как в случае вскрытия наклонным стволом, а до одного из последующих. При схеме вскрытия, представленной на рис. 1, б, ствол пройден до горизонта откаточного штрека третьего этажа, на уровне которого устраивают околоствольный двор. Для подготовки к отработке первого этажа проводят капитальный бремсберг 7 с параллельным ходком 8. За время отработки первого этажа должен быть подготовлен к выемке второй этаж. При данной схеме вскрытия для этого достаточно провести от капитального бремсберга на соответствующую длину откаточный щтрек и из него — рассечную печь. В левой части рис. 1, б представлена схема подготовки

выемочного поля и порядок ведения очистных работ в направлении от ствола к границам шахтного поля, а в правой — в обратном направлении: от границ шахтного поля к стволу.

Для подготовки к очистной выемке запасов, расположенных ниже горизонта околоствольного двора, проводят капитальный уклон 9 с ходками 8. При подготовке этажей к выемке при помощи капитальных уклонов проводят два ходка с тем, чтобы

обеспечить независимый отвод вентиляционной струи воздуха из каждого крыла шахтного поля. Порядок подготовки этажей, расположенных ниже горизонта

околоствольного двора, тот же, что и при вскрытии наклонным стволом. При вскрытии одних и тех же запасов длина наклонного ствола получается больше глубины вертикального ствола. Преимущество наклонного ствола при вскрытии угольного пласта

заключается в том, что его обычно проходят по полезному ископаемому и при этом добывается некоторое количество угля, которое может быть использовано для нужд предприятия в период строительства.

Преимуществом наклонных стволов является также и то, что при вскрытии наклонными стволами с наклоном до 18° возможна полная конвейеризация транспортировки от забоя до погрузки угля в железнодорожные вагоны на поверхности. При этом упрощаются строительство сооружений на поверхности, организация транспорта, дистанционное управление механизмами и автоматизация их работы.

Стоимость проведения 1 м наклонных стволов и оборудования поверхности при них обычно бывает меньше, чем при вертикальных стволах, при мощных наносах, а также в тех случаях, когда верхние части месторождения выработаны другими шахтами, наклонные стволы становятся невыгодными вследствие того, что значительную часть их приходится проводить по участку, в котором отсутствует полезное ископаемое. Следовательно, выгодность вскрытия наклонными стволами в основном определяется глубиной разработки. Проведение и поддержание наклонных стволов в неустойчивых и водоносных породах обычно более затруднительны и, как следствие, более дороги. На рис. 2 представлены различные варианты вскрытия пологого пласта.

Рисунок 2. Варианты вскрытия отдельного пологого пласта

При решении вопроса о том, на горизонт какого откаточного штрека должен быть пройден ствол, необходимо учитывать расходы на транспорт и водоотлив, а также стоимость проведения и поддержания горных выработок при различных положениях

ствола. Наклонные стволы иногда применяют также для вскрытия горизонтальных неглубоко расположенных залежей. В этом случае наклонный ствол целиком проводят по породе. При наличии гористого рельефа месторождение может быть вскрыто штольней.

Как видно, штольня кл заменяет ствол шахты аб. При этом отпадает надобность в подъемной машине для подъема груза на поверхность и в механическом водоотливе, так как вода стекает к устью штольни самотеком. Однако штольни имеют эти преимущества лишь в период разработки части месторождения, расположенной выше горизонта выработки ик. В случае вскрытия пласта штольней (рис. 3) запасы ниже ее горизонта вскрывают уклоном БГ или слепым стволом (гезенком) БВ.

Рисунок 3. Вскрытие отдельного пласта штольней: АБ – штольня; БВ – гезенк; ВГ – квершлаг; БГ - уклон

Свиту пластов, залегающих на значительном расстоянии один от другого, но на небольшой глубине, обычно вскрывают отдельными стволами, проходимыми на каждый пласт (рис. 4, а), причем стволы могут быть как вертикальными, так и наклонными.

Рисунок 4. Вскрытие свиты пологих пластов: а – отдельными стволами; б – центральным стволом с квершлагом

Вскрытие свиты пологих пластов стволом с квершлагом (рис. 4, б) рационально в тех случаях, когда стоимость одного центрального ствола и квершлага меньше стоимости трех отдельных стволов, пройденных на каждый пласт, с учетом стоимости околоствольных дворов и оборудования поверхности, подъема и водоотлива в первом случае на одной шахте, а во втором - на трех (в условиях рис. 4, б), а также с учетом эксплуатационных расходов по поддержанию выработок, проветриванию, транспорту, водоотливу и пр.

При вскрытии свиты пологих пластов квершлагами возможны два основных случая: 1 — квершлаг проводится только на одном горизонте, 2 — квершлаги проводятся на горизонте

каждого этажа. Первый способ называют вскрытием центральным стволом с капитальным квершлагом (рис. 238, а), а второй — центральным стволом с этажными квершлагами (рис.238, б). И в том и в другом случае ствол проходят на горизонт не первого этажа, а, как и при одиночном пласте, на один из последующих.

Рисунок 5. Вскрытие свиты пологих пластов центральным стволом с квершлагами: а – с капитальным квершлагом, б – с этажными квершлагами; в – комбинированный способ, г – с наклонным квершлагом, 1 ствол, подающий свежий воздух, 2 – ствол, отводящий загрязненный воздух, 3 – капитальный квершлаг; 4 – вентиляционный квершлаг; 5 – откаточные штреки, 6 – вентиляционные штреки; 7 – вентиляционный шурф; 8 – этажный квершлаг; 9 – капитальный бремсберг; 10 – наклонный квершлаг

Подготовку горизонтов, расположенных выше околоствольного двора, производят при помощи капитальных бремсбергов, а ниже его — при помощи капитальных уклонов.

При вскрытии капитальным квершлагом капитальные бремсберги и уклоны проводят по каждому пласту свиты, а при вскрытии этажными квершлагами — лишь по одному, обычно нижнему пласту.

Если часть пластов вскрываемой свиты расположена близко друг от друга, то возможна комбинированная схема вскрытия: всю свиту вскрывают капитальным квершлагом, а группу сближенных пластов — этажными квершлагами (рис. 5, в). При пологом залегании пластов и значительном расстоянии между ними квершлаги для сокращения их длины проводят не горизонтально, а наклонно (рис. 5, г). Если падение пластов очень пологое (до 5—10°) и расстояние между ними небольшое, то центральный ствол обычно проходят до пересечения его с нижним пластом. При этом для того, чтобы не производить подъем груза с разных горизонтов, что обычно значительно усложняет организацию работ, уголь и породу выдают на поверхность только с горизонта нижнего пласта, а для спуска грузов с верхних пластов на уровень околоствольного двора рядом с центральным стволом проводят гезенк. Такой способ вскрытия называют вскрытием центральным стволом с гезенком (рис. 6, а). Гезенки могут быть капитальными и этажными.

Рисунок 6. Вскрытие свиты пологих пластов: а – вертикальным стволом с капитальным гезенком; б – вертикальным стволом с самостоятельными рабочими горизонтами на каждом пласте; 1 – ствол, подающий свежий воздух; 2 – ствол, отводящий загрязненный воздух; 3 – капитальный гезенк; 4 и 5 – околоствольные дворы пластов А и Б

При значительном расстоянии между пластами устраивают самостоятельные рабочие горизонты на каждом пласте (рис. 6, б). Строгую границу между пределами выгодности применения того или иного способа вскрытия месторождения провести трудно, и этот вопрос подлежит решению в каждом отдельном случае путем сравнения между собой возможных способов вскрытия по техническим условиям, экономическим показателям и

сроку ввода шахты в эксплуатацию. Большие удобства в работе обеспечиваются при вскрытии свиты пластов квершлагом, а не гезенком.

При крутом и наклонном падении пластов месторождение вскрывают стволом с этажными квершлагами (рис. 7). Подъемный ствол в этом случае сначала проходят лишь до горизонта откаточного штрека первого этажа. При свите ствола проводят квершлаг, вскрывающий всю свиту, после чего начинают подготовку первого этажа к отработке, а затем приступают к выемке угля.

Рисунок 7. Вскрытие свиты крутых пластов

За период отработки первого этажа ствол должен быть углублен до горизонта второго этажа и, кроме того, должны быть проведены все капитальные и подготовительные выработки, необходимые для его подготовки. За время отработки второго этажа ствол должен быть углублен до горизонта третьего этажа и т. д. Работы по подготовке нового горизонта должны быть организованы таким образом, чтобы к моменту затухания добычи в данном этаже были подготовлены соответствующие участки нижележащего этажа. Жилы в большинстве случаев залегают под большим углом падения, поэтому вскрытие их во многом сходно со вскрытием крутых пластов. Особенностью вскрытия жильных месторождений является закладка стволов в лежачем боку месторождения (рис. 8) в целях предохранения ствола шахты и располагаемых вокруг него наземных сооружений от разрушения вследствие оседания поверхности над выработанным пространством.

Рисунок 8. Вскрытие рудной залежи

Обычно практикуемое при разработке угольных месторождений оставление предохранительных целиков при разработке жильных месторождений в большинстве случаев оказывается неэкономичным вследствие значительных потерь руды, стоимость которой, как правило, выше стоимости угля. При заложении вертикальных стволов в лежачем боку жилы, особенно при относительно пологом ее падении и большой глубине, квершлаги могут иметь значительную длину. Чтобы избежать этого, часто наклонные стволы закладывают по самой жиле или же в лежачем ее боку. Последний способ обычно применяют при слабой жильной породе и при невыдержанном залегании лежачего бока рудного тела. При проведении ствола в лежачем боку исключается необходимость оставления предохранительных целиков по бокам ствола. Выше рассматривались способы вскрытия отдельных шахтных полей. В условиях социалистического хозяйства при проектировании горных предприятий ряд основных вопросов необходимо рассматривать не для одной производственной единицы, а для их совокупности на данном месторождении и притом не изолированно, т. е. не только применительно к шахтному строительству, но в увязке с вопросами железнодорожного строительства, энергоснабжения, водоснабжения, канализации, жилищного и коммунально-бытового строительства, строительства шоссейных дорог, обогатительных фабрик и пр.

Такой подход к разбивке месторождения на шахтные поля, выбору места заложения стволов шахт, установлению последовательности строительства шахт и сооружений общерайонного значения обеспечивает комплексное решение вопросов вскрытия

и разработки месторождений полезных ископаемых. В СССР для каждого нового месторождения до составления проектов отдельных шахт и разрезов разрабатывается и утверждается в установленном порядке проект перспективного освоения всего месторождения. Задачей этого проекта является установление промышленного значения месторождения, направления использования полезного ископаемого, промышленных запасов и возможных масштабов добычи в увязке с потребностью всего народного хозяйства страны в полезном ископаемом. В соответствии с этим разрабатываются и выбираются наиболее целесообразные и экономичные варианты вскрытия месторождения и разделения его на отдельные шахтные поля; устанавливаются основные параметры подлежащих строительству шахт и карьеров, последовательность освоения месторождения, сроки закладки и ввода в эксплуатацию горных предприятий и

развитие добычи полезного ископаемого.

В увязке с общим проектом вскрытия и разработки месторождения и назначением полезного ископаемого разрабатываются вопросы обогащения его и устанавливаются тип, мощность, число и расположение обогатительных и брикетных фабрик. В увязке с общим расположением предприятий и порядком освоения месторождения разрабатываются принципиальные схемы железнодорожного транспорта, энергоснабжения и водоснабжения; определяется ориентировочное число трудящихся, которое должно быть занято на проектируемых предприятиях; разрабатываются типы жилых поселков.

В соответствии с планом развития района определяется потребность в строительных материалах и в изделиях строительной индустрии, в транспортных средствах, энергии и воде, а также определяются ориентировочные объемы работ и капитальных затрат для осуществления намечаемого строительства.