Классификация систем разработки угольных месторождений: признаки и современные тенденции

Введение в классификацию систем разработки. Классификация систем разработки угольных месторождений является необходимым инструментом для систематизации многообразия технологических решений, обусловленного различными горно-геологическими условиями. Разнообразие условий залегания угольных пластов и технических средств их выемки предопределяет существование множества вариантов и разновидностей систем разработки. Крупнейшие ученые в области горного дела, такие как Б. И. Бокий, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков и А. П. Килячков, активно занимались вопросами классификации. Нижеприведенная классификация, предложенная А. С. Бурчаковым и Ю. А. Жежелевским, наиболее полно охватывает системы, применяемые в современной практике.

Основные классификационные признаки систем разработки. В качестве основного классификационного признака при обычной технологии добычи угля принято разделение пласта по мощности на слои. В соответствии с этим признаком все системы разработки разделяются на два основных вида: без разделения на слои и с разделением на слои. К последнему виду относятся системы с наклонными, горизонтальными и поперечно-наклонными слоями. Этот основной признак детализируется рядом дополнительных критериев, которые характеризуют конкретные варианты и модификации систем, применяемые на практике в зависимости от конкретных условий.

Длина очистного забоя как технологический признак. Первый дополнительный признак классификации — это длина очистного забоя. По этому критерию системы подразделяются на группы с длинными забоями (лавами и полосами) и с короткими забоями (камерами, заходками, скважинами). Выделение этих групп основывается не только на геометрическом параметре, но и на глубоких технологических различиях. Эти различия проявляются в применяемых видах механизации и организации очистных работ, что напрямую влияет на эффективность и безопасность ведения добычи.

Порядок проведения подготовительных выработок. Второй ключевой признак — порядок проведения подготовительных выработок в выемочном поле по отношению к подвижной плоскости очистного забоя. Различают сплошную систему разработки, при которой подготовительные выработки проводятся одновременно с очистной выемкой. При столбовой системе подготовительные выработки проводятся до начала очистных работ. Комбинированная система предполагает одновременно-последовательное проведение выработок, когда часть из них проводится до выемки, а часть — одновременно с ней.

Вторичные признаки систем разработки. Из второго признака логически вытекают вторичные отличительные признаки. К ним относятся условия поддержания выемочных участковых выработок, которые могут находиться в зоне влияния очистных работ или в массиве угля. Также важны направления движения транспортирования угля и отработанной вентиляционной струи воздуха по отношению к направлению подвигания очистного забоя. Эти параметры подробно отражены в Таблице 2, которая наглядно сравнивает сплошные, столбовые и комбинированные системы.

Направление подвигания очистного забоя. Третий классификационный признак — направление перемещения очистного забоя в выемочном поле по отношению к элементам залегания пласта. Различают системы с подвиганием забоев по простиранию, падению, восстанию и диагонали. Опыт показывает, что системы с подвиганием по восстанию или падению часто оказываются более эффективными на пологих пластах до 10°. Их применение позволяет сохранить постоянную длину лавы, избежать частых перемонтажей оборудования и подготовить выемочные поля больших размеров.

Современные тенденции: переход на столбовые системы. В современных условиях наблюдается четкая тенденция к увеличению доли систем с обратным порядком отработки столбов, таких как системы разработки длинными столбами. Это связано с их более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с сплошной системой разработки. Комплексно-механизированные очистные забои по сплошной системе применяются редко, в основном в Донецком бассейне, и обусловлены особыми факторами, такими как высокая газообильность или опасность внезапных выбросов.

Преимущества систем с обратной отработкой. Эффективность и безопасность столбовых систем с обратным порядком отработки повышаются с увеличением мощности пласта. К их достоинствам относится повышение надежности работы транспорта, возможность применения конвейерной доставки вместо электровозной откатки и увеличение скорости подвигания забоев. Существенным преимуществом является предварительная разведка участка и частичная дегазация пласта благодаря проведению подготовительных выработок до начала очистных работ.

Особенности разработки мощных пластов. Системы разработки для мощных пологих и наклонных пластов принципиально не отличаются от рассмотренных, но требуют, как правило, слоевой отработки. Наиболее прогрессивным направлением считается выемка пласта на полную мощность с минимальным числом слоев. Для этого созданы механизированные комплексы двух видов: с высотой крепи, равной вынимаемой мощности, и с крепью для выпуска угля подкровельной толщи.

Технология с выпуском угля подкровельной толщи. При разработке пластов мощностью более 5 метров без разделения на слои широкое распространение получила технология с выпуском угля. Вместо разделения пласта на несколько наклонных слоев оборудуется один «подсечной» очистной забой у почвы пласта. Главная идея технологии — использование горного давления и силы тяжести для самообрушения и извлечения угля из выработанного пространства над крепью.

Преимущества технологии выпуска угля. Технология с выпуском угля характеризуется высокой степенью концентрации горных работ и имеет ряд преимуществ перед слоевой выемкой. Она позволяет в 2-3 раза уменьшить объемы проводимых подготовительных выработок и затраты на их поддержание. Значительно сокращаются затраты на монтаж и демонтаж механизированных комплексов, а также эксплуатационные потери угля. Основным недостатком является увеличение зольности угля, однако этот параметр можно оптимизировать.

Перспективы развития систем разработки. В ближайшие годы ожидается значительное расширение применения систем разработки с закладкой выработанного пространства. Дальнейшее развитие систем с обратным порядком отработки целесообразно вести по пути интенсификации и концентрации работ. Это подразумевает увеличение нагрузок на лаву, применение высокопроизводительных комплексов оборудования и максимальное упрощение вариантов систем для повышения их надежности и эффективности проветривания.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Жежелевский Ю. А., Федерова М. А.

Источник: Система разработки угольных месторождений.

Данные публикации будут полезны студентам вузов, обучающимся по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», начинающим специалистам горной промышленности, а также всем, кто интересуется технологиями подземной добычи угля.