Организация воздухоподающей сети и системы разработки крутых пластов в шахтах

Воздухоподающая сеть горных выработок представляет собой комплексную инфраструктуру, предназначенную для обеспечения безопасности и эффективности ведения горных работ. При подготовке уклонных полей эта сеть выполняет критически важную функцию подачи свежей струи воздуха в очистные и подготовительные забои по бремсберговой схеме проветривания. Согласно этой схеме, свежий воздух подается из нижней точки уклонов, что создает оптимальные условия для проветривания. Помимо своей основной функции, эта сеть часто используется для доставки людей, материалов, оборудования и других грузов, что повышает ее эксплуатационную значимость.

Топология и конфигурация воздухоподающей сети определяются комплексом горно-геологических и технологических факторов. Ключевыми из них являются взаимное расположение основных стволов, выбранный способ деления шахтного поля на части, глубина залегания пластов, расстояние от поверхности до нижней границы горизонта, угол падения пластов и расстояние между ними. Учет этих параметров позволяет проектировать наиболее эффективные и безопасные схемы вентиляции. Рассмотрим несколько типовых схем организации воздухоподающей сети, применяемых при отработке уклонных полей.

Схема 1 (рис. 26) предполагает организацию вентиляции на уровне капитального квершлага, где проводится специальный воздухоподающий квершлаг. В центральной части шахтного поля по пластам на всю наклонную длину уклонного поля проходят центральные воздухоподающие ходки. Эти выработки соединяются с помощью сбоек с воздухоподающими штреками, которые располагаются у нижней границы шахтного поля, формируя таким образом замкнутую и эффективную систему подачи свежего воздуха.

Рис. 26. Воздухоподающая сеть горных выработок при подготовке уклонных полей: 1 - главный вертикальный ствол; 2 - вспомогательный вертикальный ствол; 3 - капитальный квершлаг; 4 - воздухоподающий квершлаг; 5 - центральные воздухоподающие ходки; 6 - воздухоподающие штреки

Схема 2 (рис. 27) отличается углублением вспомогательного вертикального ствола до самой нижней границы шахтного поля. Пласты вскрываются с помощью воздухоподающего квершлага, который напрямую соединяется с воздухоподающими штреками. Данная схема позволяет оптимизировать пути движения воздуха и сократить длину вентиляционных путей, что особенно актуально для глубоких шахтных полей со сложной гипсометрией.

Рис. 27. Воздухоподающая сеть горных выработок при подготовке уклонных полей: 1 - главный вертикальный ствол; 2 - вспомогательный вертикальный ствол; 3 - капитальный квершлаг; 4 - воздухоподающий квершлаг; 5 - воздухоподающие штреки

Схема 3 (рис. 28) является наиболее капиталоемкой и предполагает проведение на нижней границе шахтного поля отдельного воздухоподающего вертикального ствола. От этого ствола проводится воздухоподающий квершлаг, который связывается с сетью воздухоподающих штреков. На всех схемах направление движения свежей вентиляционной струи четко указано стрелками, что обеспечивает наглядность понимания принципа работы бремсберговой схемы проветривания.

Рис. 28. Воздухоподающая сеть горных выработок при подготовке уклонных полей: 1 - главный вертикальный ствол; 2 - вспомогательный вертикальный ствол; 3 - капитальный квершлаг; 4 - воздухоподающий вертикальный ствол; 5 - воздухоподающий квершлаг; 6 - воздухоподающие штреки

Особенности систем разработки крутых пластов заключаются в специфической форме и угле наклона очистного забоя. В зависимости от принятой технологии и горно-геологических условий, забои могут иметь прямолинейную форму (рис. 29, а) или потолкоуступную форму (рис. 29, б). При прямолинейной форме для улучшения условий транспортировки отбитого угля работы в забое ведутся под углом 82–85° в сторону невынутого массива, что способствует самотеку угля.

Рис. 29. Система разработка крутых пластов длинными столбами по простиранию

Подготовка к выемке при системе длинными столбами по простиранию включает проведение этажных штреков до границ шахтного поля. Выемка столбов ведется обратным порядком, что обеспечивает последовательное и контролируемое ведение работ. При отработке нескольких пластов одновременно используются групповые штреки и промежуточные квершлаги, а транспортировка угля может быть организована как на передний, так и на задний квершлаг. Подготовка выемочного поля может осуществляться как с помощью полевых выработок, так и пластовых выработок.

Организация проветривания при такой системе является возвратноточной. Свежая воздушная струя поступает через участковый квершлаг на пластовый откаточный штрек и далее непосредственно в очистной забой. После этого отработанный воздух, насыщенный вредными газами, выводится из лавы через пластовый вентиляционный штрек и участковый вентиляционный квершлаг на вентиляционный групповой штрек. Область применения данной системы охватывает крутонаклонные и крутые пласты мощностью до 2,5 метров, с любой степенью газоносности и породами кровли и почвы любой устойчивости.

К основным достоинствам этой системы разработки относятся независимость проведения подготовительных выработок от ведения очистных работ, возможность предварительной разведки пласта, относительно небольшие затраты на поддержание штреков в рабочем состоянии. Также система характеризуется незначительными потерями угля, низкой вероятностью возникновения эндогенных пожаров и возможностью их эффективной изоляции, а также минимальными утечками воздуха через выработанное пространство.

Недостатками системы являются высокие первоначальные капиталовложения, связанные с необходимостью проведения большого объема подготовительных выработок. Также к минусам можно отнести удлинение путей транспортировки угля и движения вентиляционной струи, а также объективные трудности, связанные с проветриванием подготовительных выработок, особенно на больших глубинах.

Особенностью отработки крутых сближенных пластов является риск обрушения не только кровли, но и почвы, что может сделать невозможной разработку нижележащего пласта при малой мощности пород междупластья. В таких случаях применяют систему с выемкой полосами по восстанию с полной самотечной закладкой выработанного пространства. При разработке тонких сближенных пластов системами с обрушением кровли очистные работы на верхнем пласте должны опережать работы на нижнем на 60–80 метров.

Подготовка при отработке сближенных пластов имеет свою специфику. По нижнему пласту проводят этажные штреки, просек и промежуточные печи, в то время как по верхнему пласту — только просеки, которые соединяются с транспортными просеками нижнего пласта с помощью наклонных сбоек, пройденных по породе. Вентиляционный штрек нижнего пласта соединяется с верхним пластом с помощью квершлагов. В ряде случаев применяется последовательная выемка, при которой первоначально полностью отрабатывается верхний пласт до границы шахтного поля, а затем обратным ходом ведется выемка нижнего пласта.

Как правило, крутые сближенные пласты подготавливаются и отрабатываются группами для повышения общей эффективности и безопасности горных работ. При этом пласты с высокой газоносностью и водообильностью должны разрабатываться с некоторым отставанием по отношению к другим, менее опасным пластам, что позволяет минимизировать риски внезапных выбросов газа и прорывов воды в горные выработки.

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.