Засоби видобутку вугілля

Вугілля, як й інші тверді корисні копалини, добувають двома способами: відкритим і підземним.

Видобуток вугілля відкритим способом здійснюють за допомогою глибоких траншей (завглибшки до 150 м і більше), якими прорізають шари породи, що покривають вугільний пласт. Утворюваний в результаті цього кар’єрназивають розрізом. Вугільним кар’єром називають також і самостійне підприємство, що розробляє вугільне родовище відкритим способом.

При підготовці кар’єру насамперед знімають і видаляють породи, що вкривають вугільний пласт. З цією метою застосовують новітні землерийні та транспортувальні машини – екскаватори, у тому числі найбільші роторні безупинної дії, транспортно-відвальні мости й ін. Потім безпосередньо по вугіллю прокладають рейкові шляхи, по яких пересувають опори транспортно-відвального мосту і рухаються ешелони, що вивозять вугілля з кар’єру.

Економічна ефективність відкритої розробки вугілля тим вище, чим нижче коефіцієнт розкривних робіт, тобто чим менше об’єм видаленої покриваючої породи на одиницю видобувного вугілля.

Найсприятливіші умови для відкритого видобутку мають східні вугільні басейни Росії, на частку яких припадає понад 90 % видобутку вугілля відкритим способом.

Відкритий видобуток дає майже половину вугілля, що добувається в Східному Сибіру і на Далекому Сході, більше половини – на Уралі. Велику кількість вугілля дають кар’єри Карагандинського басейну і Екібастуза в Казахстані. Значні відкриті розробки ведуться у Кансько-Ачинському (Назаровському, Ірша-Бородинському розрізі) та Іркутському басейнах. Найбільші кар’єри дають на рік десятки мільйонів тонн вугілля. У Екібастузі працює вугільний кар’єр потужністю 50 млн тонн.

Можливості для розвитку видобутку вугілля відкритим способом в Україні (м. Олександрія) невеликі, і питома вага відкритого видобутку надалі буде незначною.

Видобуток вугілля відкритим способом має великі переваги. На відкритих розробках гігієнічні умови для робітників кращі, ніж у шахтах (чисте повітря, менше шкідливих газів, природне освітлення вдень і т. ін.). Продуктивність праці на відкритих розробках, завдяки застосуванню надпотужних машин, у шість-сім разів вища, ніж у шахтах, а собівартість тонни вугілля відповідно нижча.

Будівництво вугільних кар’єрів виконують у два-три рази швидше, ніж будівництво шахт, і воно коштує приблизно у 1,5 рази дешевше. Нарешті, втрати вугілля в надрах, неминучі при підземному видобутку, на відкритих розробках майже виключаються.

Підземний спосіб видобутку вугілля, що потребує будівництва шахти, більш трудомісткий, ніж відкритий.

Вугільне родовище, якщо воно достатньо велике, поділяють на декілька ділянок – шахтних полів. Запаси вугілля кожного шахтного поля, призначеного для будівництва окремої шахти, мають бути достатні для експлуатації протягом 40-50 років.

Будівництво шахти (рис. 3.1) розпочинають із закладання стволів, що покращує її вентиляцію.

Ствол шахти – це звичайно вертикальна, а іноді й похила виробка, що проходить через товщу гірничих порід. В окремих випадках (у гірських районах) замість стволів прокладають штольні – горизонтальні або близькі до горизонтальних виробки, що виконують функції звичайних стволів (розкривання вугільного пласта, зв’язок підземних виробок із поверхнею, вентиляція шахти і т. ін.).

Проходка стволів завглибшки в десятки і сотні метрів у даний час механізована. Створені бурові машини, що дозволяють проходити (пробурювати) стволи діаметром 5-6 м.

Головний, або підйомний, ствол сучасної великої шахти має круглий, рідше еліптичний перетин. Його діаметр залежить від потужності (продуктивності) шахти. Ствол є капітальним спорудженням, терміну служби якого дорівнює термін експлуатації шахти. Тому його міцно закріплюють бетоном і залізобетоном, що забезпечує тривалість і безаварійність служби ствола.

Шахтний ствол звичайно поділяють по вертикалі на чотири відділення. В одному відділенні встановлюють дві підйомні кліті для спуску і підйому окремо людей і матеріалів; в іншому відділенні монтують підіймачі для вантажів – вугілля і порожньої породи; третє відділення обладнане східцями з площадками, воно служить запасним виходом на випадок якоїсь аварії підйомного механізму; в четвертому відділенні розміщають труби для відкачування води із шахти і для подачі стисненого повітря, електричні й телефонні кабелі.

Зовні біля ствола, у тому місці, де від нього починаються горизонтальні виробки, споруджують великий навколоствольний двір. Тут перевантажують добуте вугілля з вагонеток або з транспортерів у завантажувальні бункери підйомних машин і розміщують групу виробок – підземних камер, що мають різноманітне призначення. В них встановлюють насоси, що відкачують воду, розташовують ремонтні майстерні, депо для електровозів, електричну підстанцію, підземний медпункт і т. ін.

Від навколоствольного двору починають проходку капітальних горизонтальних виробок; при цьому можливі різні варіанти залежно від того, як залягають вугільні пласти, де розташовані стволи шахти.

Якщо вугільні пласти розташовані горизонтально або з невеличким ухилом (пологоспадні пласти), то стволи можуть бути пройдені до глибини між верхнім і нижнім пластами. В такому разі для розкривання пластів проходять капітальні горизонтальні відкаточні квершлаги 4 (рис. 3.1). Це горизонтальна гірнича виробка, пройдена вхрест простягання пласта. По простяганню вугільного пласта проходить головний 5 або відкаточний штрек, що зв’язує навколоствольний двір з місцями видобутку вугілля. Вниз за падінням пласта від штреку проходять похилі виробки, що називаються ухилами; нагору по пласту від штреку йдуть бремсберги 7. По ухилах і бремсбергах видобуте вугілля відповідно піднімають або опускають до головного штреку. Паралельно до бремсбергів і ухилів проходять вантажні (для доставки вантажів) і вентиляційні ходки 6, 8.

Рис. 3.2. Схема багатогоризонтного розкриття крутих пластів

вертикальними і етажними квершлагами:

1, 2 – головні стволи; 3 і 4 – відповідно відкаточний і

вентиляційний квершлаги; 5 і 6 – відповідно відкаточний і

вентиляційний штреки; 7 – розрізна піч; 8 – гезенк.

Якщо шахту будують для розробки похилих і крутопадаючих пластів, то капітальні горизонтальні виробки проходять інакше (рис. 3.2). У даному випадку ствол шахти може дійти до одного з вугільних пластів, або його закладають осторонь від них. Від ствола до вугільних пластів по порожній породі прокладають одну або на визначеній відстані одну над іншою декілька горизонтальних виробок – квершлаги. Така система квершлагів дозволяє з одного ствола відкрити доступ до двох, трьох і більшого числа похилих або крутопадаючих пластів вугілля і виключає необхідність проходження окремого ствола до кожного пласта. Після розкриття вугільного положистого або похилого пласта за допомогою квершлагу (рис. 3.1) по ньому прокладають штрек 2, а від нього – ухили і бремсберги.

Ствол, навколоствольний двір, головний відкаточний штрек, квершлаги, ухили і бремсберги є основними капітальними спорудженнями шахти і мають служити десятки років. Вони потребують тривкого кріплення бетоном і залізобетоном, металевими арками. Іноді для кріплення капітальних виробок застосовують і найбільш тривкі чавунні тюбінги.

Після завершення основних капітальних виробок починають спорудження ряду транспортних 9 і вентиляційних штреків 11, між якими по пласту нарізають розрізні печі 10 для монтажу устаткування, виїмки вугілля, робіт з поділу вугільного пласта на окремі ділянки для того, щоб видобуток вугілля можна було здійснювати одночасно з різних боків. Після завершення монтажу всіх механізмів і устаткування починають нормальну експлуатацію ділянок шахти. Вугілля вибирають начисто, і тому такі роботи називають очисними, а місце, де їх виконують, – очисним забоєм або лавою.