Сплошная система разработки угольных пластов: сущность, схемы и применение

Введение в сплошные системы разработки. Сплошная система разработки представляет собой метод ведения горных работ, при котором очистные и подготовительные работы ведутся одновременно в пределах выемочного поля (участка или столба). Ключевой особенностью является однонаправленное движение очистного забоя (лавы) и забоев подготовительных выработок. Как правило, направление движения задается от бремсбергов, уклонов или промежуточных квершлагов по направлению к границам выемочного поля. Этот принцип организации работ формирует основу для всех технологических решений в рамках данной системы.

Принципиальные особенности и классификация. Принципиальная сущность сплошных систем обуславливает ряд важных технологических особенностей. Главными из них являются необходимость обеспечения постоянного динамического равновесия между очистными и подготовительными работами, а также поддержание выработок позади очистного забоя в зонах интенсивного влияния опорного давления. Данные системы универсальны и могут применяться при любой схеме подготовки: этажной, панельной и погоризонтной. В зависимости от размеров выемочного поля по падению пласта в пределах этажа или яруса может располагаться одна или две лавы, что определяет классификацию.

Классификация сплошных систем разработки делит их на два основных типа: системы лава-этаж (ярус) и системы с делением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы). Пространственная взаимосвязь очистных и подготовительных выработок обусловливает различные варианты реализации этих систем. Важным параметром является опережение откаточного штрека, которое обычно составляет 150–200 метров, но в каждом конкретном случае определяется индивидуально, исходя из горно-геологических и горнотехнических условий.

Схемы транспортирования угля. Организация транспорта угля напрямую зависит от количества лав в этаже. При наличии в этаже одной лавы транспортирование угля осуществляется непосредственно по откаточному штреку, как показано на рисунке 42, а. Если же в пределах этажа ведутся работы в двух лавах, применяется более сложная схема транспортировки, иллюстрируемая рисунком 42, б. В такой конфигурации уголь из верхней лавы перемещается по промежуточному (подэтажному) штреку, а из нижней лавы – по откаточному (конвейерному) штреку.

Рис. 42. Разновидности схем транспорта при сплошных системах разработки: а - транспортирование угля при одной лаве в этаже; б - транспортирование угля при делении этажа на подэтажи; I - первый подэтаж; II - второй подэтаж; стрелка с кружком - направление транспортирования угля

Схемы вентиляции выемочных участков. Организация проветривания является критически важным аспектом обеспечения безопасности при сплошных системах разработки. Лавы могут проветриваться по двум основным схемам: обособленно или последовательно с подсвежением струи, что наглядно демонстрирует рисунок 43. При обособленном проветривании лав для изоляции подэтажей между ними оставляют специальный целик угля. В случаях, когда пласт склонен к самовозгоранию, вентиляционные струи разделяют с помощью бутовой полосы, которую возводят между вентиляционным и откаточным подэтажными штреками.

Рис. 43. Разновидности схем вентиляции при сплошных системах разработки: а, б - обособленное проветривание лав; в - последовательное проветривание лав с подсвежением струи

Геометрические параметры и область применения. Средняя мощность пластов, отрабатываемых с применением сплошной системы разработки, варьируется для разных угольных бассейнов и находится в диапазоне от 0,93 до 1,5 метра. Длина лавы при использовании данных систем в среднем составляет от 110 до 170 метров. Область применения данных систем в основном охватывает тонкие пласты и, реже, пласты средней мощности с любыми углами падения. Они особенно эффективны для пластов, сверхкатегорных по газу, склонных к внезапным выбросам угля и газа, а также для пластов с пучащими породами почвы.

Практическое применение в угольных бассейнах. Наибольшее распространение сплошные системы разработки получили в Донецком бассейне (Украина). Значительно реже они применяются в других угольных регионах, таких как Кузнецкий бассейн и Печорский бассейн. Выбор в пользу данной системы в каждом конкретном случае определяется комплексом местных горно-геологических условий, экономической целесообразностью и исторически сложившейся практикой ведения горных работ на предприятии.

Достоинства сплошных систем разработки. К числу ключевых достоинств сплошных систем разработки относится быстрый ввод очистных выработок в эксплуатацию, что позволяет сократить сроки подготовки и начать добычу угля в сжатые сроки. Кроме того, эти системы характеризуются малыми первоначальными капитальными затратами на подготовку выемочного участка. Еще одним значительным преимуществом является небольшая длина тупиковых выработок, что приобретает критическую важность при разработке сильно газоносных пластов, так как упрощает задачи дегазации и проветривания.

Недостатки и ограничения сплошных систем. Несмотря на преимущества, сплошные системы имеют ряд существенных недостатков. Главным из них является сложность поддержания выемочных выработок, которые постоянно подвергаются интенсивному влиянию проводимых рядом очистных работ, что влечет за собой значительные затраты на их постоянный ремонт. Еще одним серьезным минусом является отсутствие предварительной разведки пласта с помощью подготовительных выработок, что создает постоянный риск неожиданной встречи с геологическими нарушениями во время ведения очистных работ.

Организационные и технологические ограничения. Совмещение очистных и подготовительных работ во времени и пространстве неизбежно приводит к возникновению организационных помех и требует высочайшего уровня координации между технологическими звеньями. Кроме того, существенным ограничивающим фактором является лимитация нагрузки на забой по газовому фактору, что не позволяет в полной мере интенсифицировать добычные процессы на высокогазоносных пластах. Совокупность этих недостатков определяет нишевое применение сплошных систем, несмотря на их явные операционные и экономические преимущества в определенных условиях.

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.