Столбовая система разработки лава-этаж: технологии, схемы и применение в Кузнецком бассейне

Столбовая система разработки лава-этаж представляет собой высокоэффективный метод ведения горных работ при отработке пологих и наклонных пластов. В ее основе лежит разделение шахтного поля на крупные блоки – этажи или ярусы – по падению пласта, в пределах каждого из которых размещается одна лава. Подготовка этажа может осуществляться двумя принципиально разными подходами: с помощью пластовых или полевых выработок. Выбор конкретной схемы определяется совокупностью горно-геологических условий, включая мощность пласта, газоносность и устойчивость боковых пород, а также экономической целесообразностью.

При пластовой подготовке (рис. 20,а) этажные штреки проводятся непосредственно по угольному пласту от капитального бремсберга до границы шахтного поля. Очистные работы в лаве-этаже ведутся обратным порядком, что обеспечивает логичную последовательность вскрытия и подготовки запасов. Ключевым элементом данной схемы является этажный откаточный штрек, который проводится параллельно просеку с оставлением между ними целиков угля шириной от 15 до 25 метров. Эти выработки соединяются между собой вентиляционными сбойками для организации надежного проветривания.

Рис. 20. Столбовая система разработки лава-этаж: а — при пластовой подготовке одиночного пласта; б - при разработке двух сближенных пологих пластов; 1 - этажный откаточный штрек; 2 -этажный вентиляционный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - сбойка; I — IV - этажи

Важным преимуществом пластовой подготовки является сохранение выработок в благоприятных условиях с точки зрения горного давления. Вентиляционный штрек и просек по мере выемки пласта погашаются, не попадая в зону интенсивного сдвижения пород. При этом откаточный штрек поддерживается в нетронутом массиве угля, а вентиляционный штрек оказывается в зоне установившегося давления. Это значительно снижает затраты на их ремонт и повышает надежность работы всего участкового транспорта, что положительно сказывается на экономике предприятия.

Транспортная инфраструктура при такой системе отличается высокой эффективностью. Транспортирование угля по откаточному штреку в большинстве случаев осуществляется с помощью ленточных конвейеров. Для доставки оборудования и материалов используются подвесные монорельсовые дороги, а при сложной гипсометрии пласта может применяться электровозный транспорт. Однако использование конвейеров требует прямолинейности проведения штрека, что при сложном рельефе может создавать проблемы с организацией естественного стока воды и необходимость установки дополнительных водоотливных средств.

Одной из важнейших задач при проектировании системы является организация проветривания. Свежая вентиляционная струя поступает по этажному откаточному штреку непосредственно в лаву. Отработанный воздух, насыщенный метаном, отводится по этажному вентиляционному штреку к вентиляционному стволу. Особенностью проветривания является то, что концентрация газа достигает максимума на сопряжении лавы с вентиляционным штреком. Согласно требованиям Правил безопасности (ПБ), концентрация метана в исходящей струе не должна превышать 1%, что лимитирует количество воздуха, подаваемого через лаву, и, как следствие, нагрузку на забой по газовому фактору.

Столбовая система демонстрирует свою эффективность и при отработке сближенных пластов (рис. 20,б). В этом случае этажные штреки проводятся по нижнему пласту, а к верхнему пласту через каждые 50–100 метров проводятся наклонные сбойки. От этих сбоек по верхнему пласту проходят просеки – транспортный и вентиляционный. Очистная выемка начинается с верхнего пласта после проведения разрезной печи, а после его опережения на расчетную величину начинается выемка нижнего пласта. Управление горным давлением на обоих пластах может осуществляться методом полного обрушения или другими способами.

Альтернативой пластовой является полевая подготовка (рис. 21). Данная схема заключается в проведении в почве пласта полевых откаточных и вентиляционных штреков, которые соединяются с пластовыми выработками посредством гезенков (скатов, квершлагов). Свежий воздух поступает по полевому откаточному штреку через гезенк в конвейерный штрек и далее в лаву, а исходящая струя отводится через вентиляционный штрек на полевой вентиляционный ходок. Полевая подготовка позволяет поддерживать этажные штреки в хорошем состоянии, однако трудоемкость проведения этих выработок значительно выше по сравнению с пластовой подготовкой.

Рис. 21. Столбовая система разработки лава-этаж при пластовой подготовке одиночного пласта: 1 - гезенки; 2 - пластовый вентиляционный штрек; 3 - полевой вентиляционный штрек; 4 - полевой откаточный штрек; 5 - пластовый конвейерный штрек

В зависимости от конкретных условий применяются и другие способы проведения и поддержания подготовительных выработок. Например, откаточный штрек может проводиться широким ходом или без параллельного просека, а также может погашаться позади лавы, что требует отдельного проведения вентиляционного штрека. На рисунке 22 представлены различные варианты системы лава-ярус с отличающимися способами проведения и охраны ярусных штреков, такие как схема «массив — целик», «массив — бутовая полоса» и «массив — массив».

Рис. 22. Варианты столбовой системы разработки лава-ярус: а - при проведение ярусных штреков узким забоем с охраной их по схеме «массив - целик»; б - при проведение ярусных штреков широким забоем с охраной их по схеме «массив - бутовая полоса»; в - при проведение ярусных штреков узким забоем с охраной его по схеме «массив – массив»

Область применения системы лава-этаж охватывает пологие и наклонные пласты мощностью от 0,6 до 2,5 метров, с любой степенью газоносности и с породами кровли от средней устойчивости до устойчивых. Ключевыми достоинствами данной системы по сравнению со сплошной системой разработки являются значительное сокращение расходов на поддержание штреков, отсутствие утечек воздуха между выработками, возможность доразведки пласта, а также простота схем транспорта и вентиляции.

Однако система не лишена и недостатков. К ним относятся значительные затраты времени на подготовку каждого этажа, необходимость частой поддирки почвы при пучащих боковых породах и большой общий объем подготовительных работ. Кроме того, система характеризуется невысокой степенью концентрации горных работ в пределах панели, что может ограничивать общую производительность шахты.

Практическим примером успешного применения столбовой системы является шахта «Распадская» в Кузнецком бассейне (рис. 23). Подготовка запасов на этой шахте осуществляется сдвоенными выработками – ярусным конвейерным и ярусным параллельным штреками, расположенными на расстоянии 20–40 метров друг от друга и соединяемыми сбойками через 250–300 метров. Длина выемочных столбов достигает 1000 метров. Для охраны выработок оставляются целики шириной 1,0–1,5 метра, а крепежное оборудование комплектуется специальными защитными устройствами – козырьками со щитками.

Рис. 23. Столбовая система разработки, применяемая на шахте «Распадская» Кузнецкого бассейна: 1 - конвейерный бремсберг; 2 - воздухоподающий ходок; 3 - вспомогательный ходок; 4 - демонтажная камера; 5 - вентилятор ВМЦГ-7; 6 - ярусный конвейерный штрек; 7 - ярусный вентиляционный штрек; 8 - берма; 9 - ярусный параллельный штрек; 10 - монтажная камера

Технология проведения выработок на «Распадской» (рис. 24) предусматривает использование как отечественных проходческих комбайнов типа ГПКС, так и импортной техники, например, комбайнов фирмы «Джой». Отличительной особенностью является применение для отгрузки горной массы самоходных вагонов (5ВС15М), что считается прогрессивным направлением в решении вопросов шахтного транспорта. Производительность такой схемы достигает 360–400 метров выработки в месяц при использовании анкерной крепи.

Рис. 24. Технологическая схема проведения штреков одним комбайном: 1 - людской ходок; 2 - конвейерный уклон; 3 - вспомогательный ходок; 4 - ярусный вентиляционный штрек; 5 - параллельный штрек; 6 - ленточный конвейер 2ЛТ-120; 7 - рельсовый путь; 8 - ярусный конвейерный штрек; 9 - скребковый перегружатель ПТК; 10 и 11 - самоходный вагон 5ВС15М; 12 - проходческий комбайн ГПКС

На рисунке 25 представлена модификация системы – столбовая система разработки длинными столбами по простиранию при панельной схеме подготовки. Ее отличительной чертой является нисходящее проветривание очистных забоев по прямоточной схеме с направлением исходящей струи на специальные фланговые вентиляционные ходки. Это решение позволяет минимизировать опасность работ на сопряжениях лав с выемочными штреками. Область применения этой системы включает пологие пласты мощностью 0,5–3,5 метра с углом падения 3–18° и породами кровли не ниже средней устойчивости.

Рис. 25. Столбовая система разработки лава-ярус при панельной схеме подготовки при отработке уклонного поля: 1 - главный полевой транспортный штрек; 2 - главный полевой вентиляционный штрек; 3 - ярусный вентиляционный штрек; 4 - ярусный конвейерный штрек; 5 - фланговые вентиляционные ходки; 6 - панельный конвейерный уклон; 7 - грузовой ходок; 8 - воздухоподающий ходок

Таким образом, столбовая система разработки лава-этаж и ее разновидности остаются актуальными и технологически отработанными методами для условий Кузнецкого бассейна. Гибкость системы, позволяющая адаптировать способы подготовки, охраны и проветривания выработок к конкретным горно-геологическим условиям, обеспечивает ее высокую экономическую и техническую эффективность при соблюдении требований промышленной безопасности.

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.