Столбовые системы разработки угольных пластов: технология, проветривание и управление давлением

Принципы организации столбовых систем разработки. Столбовые системы разработки характеризуются независимым, разделенным во времени ведением очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля. К моменту начала очистной выемки все необходимые подготовительные выработки, которые соединяют забой с общешахтной сетью откаточных и вентиляционных выработок, должны быть полностью проведены. Этапы развития горных работ в пределах выемочного участка при такой системе, известной как система разработки длинными столбами, наглядно представлены на рисунке 5. Подготовительные выработки располагаются в нетронутом массиве угля, а их участки, попадающие в выработанное пространство, обычно погашаются.

Рис. 5. Система разработки длинными столбами: 1 - панельный бремсберг; 2 - ходки; 3 - ярусный конвейерный штрек; 4 - ярусный вентиляционный штрек; 5 - приемно-отправительная площадка; 6 - разрезная печь; 7 - лава; I-IV - этапы развития горных работ в пределах выемочного участка

Форма забоя и направление выемки. Очистные забои при столбовых системах, как правило, имеют прямолинейную форму. Однако при разработке крутых пластов с использованием отбойных молотков забоям могут придавать потолкоуступную или почвоуступную форму для повышения безопасности и эффективности. Направление подвигания очистного забоя ориентируют по падению, восстанию, простиранию или диагонально к линии простирания пласта. Все ключевые элементы и параметры этих систем, включая систему разработки длинными столбами, детально показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Элементы и параметры систем разработки угольных месторождений

Схемы подготовки и организации работ. Столбовые системы разработки применяются при различных схемах подготовки шахтных полей: этажной, панельной и погоризонтной, каждая из которых привносит свои особенности. При ориентировании лавы по простиранию подготовленная часть пласта может отрабатываться на всю длину этажа или яруса. Часто более целесообразно деление этажа на подэтажи, обычно на два, при этом верхний подэтаж отрабатывается с опережением нижнего на 20–30 метров. При отработке длинными столбами по падению или восстанию на каждом участке может располагаться одинарная или спаренная лава.

Организация транспорта и проветривания. При столбовых системах транспортирование отбитого угля происходит в направлении движения забоя, поскольку все подготовительные выработки расположены впереди лавы. Проветривание может осуществляться по последовательной схеме с подсвежением или обособленно для каждой лавы. Для систем по простиранию типична возвратно-точная схема проветривания, когда исходящая струя воздуха по вентиляционному штреку возвращается к наклонным выработкам. При устойчивых породах может применяться прямоточная схема проветривания с поддержанием вентиляционного штрека за лавой.

Особенности проветривания на газовых шахтах. На газовых шахтах при углах падения более 10° движение воздуха в очистных выработках должно быть восходящим. Нисходящее проветривание допускается по разрешению Управления Ростехнадзора только при соблюдении строгих условий: скорость воздуха не менее 1 м/с, применение негорючей крепи и отсутствие электрооборудования в исходящей струе. Схема проветривания должна исключать образование опасных концентраций метана и обеспечивать надежность как в нормальном, так и в аварийном режимах.

Управление горным давлением. Основным способом управления горным давлением при столбовых системах является полное обрушение кровли. Реже применяется полная закладка выработанного пространства, а на крутых пластах — удержание кровли на кострах. Выбор способа определяется способностью пород кровли к обрушению, их петрографическим составом, механическими свойствами, мощностью пласта и его склонностью к самовозгоранию. Правильно выбранный способ управления давлением обеспечивает безопасные условия работы в лаве.

Область применения и достоинства систем. Столбовые системы разработки широко применяются во всех угольных бассейнах на пластах тонкой и средней мощности. На пологих пластах до 10° рекомендуется использовать системы по падению или восстанию, а на крутых — по простиранию. К их ключевым достоинствам относятся: хорошее состояние выемочных выработок, поддерживаемых в массиве, и малые затраты на их поддержание; исключение взаимных помех между подготовительными и очистными работами; возможность детальной разведки пласта и эффективного погашения выработок.

Недостатки и разновидности систем. К недостаткам столбовых систем относится необходимость проведения большого объема подготовительных выработок до начала очистки, что удлиняет сроки ввода шахты в эксплуатацию. Также отмечаются трудности с проветриванием подготовительных забоев, ограничение нагрузки на лаву по газовому фактору и высокие затраты на поддержание выработок в условиях пучащих почв. Различают несколько разновидностей: системы длинными столбами без разделения этажа, с разделением на подэтажи и системы разработки длинными столбами по падению или восстанию.

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.