Системы разработки угольных пластов: сплошные и комбинированные методы

Сплошная система разработки с подэтажами. Сплошная система разработки характеризуется четкой структурой подготовки шахтного поля. Этаж делится по падению на подэтажи, а по простиранию — на выемочные поля. Выемочное поле представляет собой часть этажа, ограниченную двумя соседними участковыми бремсбергами. В каждом подэтаже располагается одна лава, что обеспечивает организованное ведение очистных работ. При данной системе забой нижнего подэтажа всегда опережает забой верхнего, что является ключевым принципом ее последовательности.

Организация выработок и проветривание. Важным элементом системы является проведение участковых бремсбергов в выработанном пространстве, как показано на рисунке 55. Для обеспечения безопасности этажные откаточный и вентиляционный штреки, а также подэтажные штреки защищаются бутовыми полосами шириной от 6 до 12 метров. Расстояние между участковыми бремсбергами по простиранию устанавливается в диапазоне 150–300 метров. Проветривание лав может осуществляться как последовательно, так и обособленно для каждого подэтажа.

Рис. 55. Сплошная система разработки пологого пласта с проведением участковых бремсбергов по выработанному пространству: 1 - этажный вентиляционный штрек; 2 - лава; 3 - подъэтажный штрек; 4 - людской ходок; 5 - участковый бремсберг; 6 - этажный откаточный штрек; 7 - ходок; 8 - разрезные печи; 9 - капитальный бремсберг

Варианты обособленного проветривания. Для организации обособленного проветривания для каждого подэтажа проводят самостоятельные подэтажные штреки. При этом между ними может оставляться целик угля, как изображено на рисунке 56 (а). Однако при склонности пласта к самовозгоранию оставление целиков не рекомендуется. В такой ситуации для разделения воздушных струй возводится бутовая полоса между вентиляционными и откаточными подэтажными штреками, что иллюстрирует рисунок 56 (б). Этот метод повышает безопасность ведения горных работ.

Рис. 56. Разновидности сплошной системы разработки с обособленным проветриванием лав: а - с оставлением целика между подэтажами; б - с выкладкой бутовых полос между подэтажами; 1 - промежуточный штрек; 2 - бутовая полоса; 3 - вентиляционные двери; 4 - вентиляционным ходок

Область применения и недостатки сплошной системы. Область применения сплошной системы разработки охватывает тонкие пласты мощностью до 1,2 метра. Она эффективна для высокогазоносных пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, а также для месторождений, опасных по суфлярным выделениям. Система также подходит для условий с геологическими нарушениями, не позволяющими использовать длинные лавы. Основной недостаток заключается в сложности проведения и поддержания участкового бремсберга в выработанном пространстве, особенно при неустойчивых боковых породах.

Комбинированные системы разработки: общее понятие. Комбинированные системы разработки представляют собой гибридные методы, объединяющие элементы и признаки сплошной и столбовой систем разработки. Их ключевой особенностью является почти полное отсутствие работ, связанных с заблаговременным проведением подготовительных выработок в угольном массиве. Основным способом охраны подготовительных выработок служит применение бутовых полос или других искусственных сооружений, что снижает потери полезного ископаемого.

Система разработки длинными полосами (парными штреками). Одной из распространенных разновидностей является комбинированная система разработки парными штреками. Она сочетает в себе элементы сплошной системы и системы длинных столбов по простиранию. При отработке панели в нисходящем или восходящем порядке выемку ярусов производят через один, в направлении от бремсберга к границам выемочного поля, как показано на рисунке 57. Штреки в этой схеме защищены с одной стороны массивом угля, а с другой — бутовой полосой.

Рис. 57. Комбинированная система разработки с отработкой панели в нисходящем порядке

Технология отработки выемочного участка. При подходе очистных работ к границе выемочного участка в массиве угля проходят разрезные печи. Образованные таким способом столбы отрабатывают по принципу выемки длинных столбов по простиранию. Длина лавы при этом составляет 150–250 метров, а длина выемочного участка достигает 1000–1300 метров. Одновременно в работе в панели могут находиться четыре лавы: две лавы прямого хода и две обратного, что обеспечивает высокую концентрацию работ.

Достоинства и недостатки системы длинными полосами. Рассмотренная комбинированная система обеспечивает быстрое развитие фронта очистных работ и эффективное проветривание лав обособленной струей. К ее достоинствам также относятся небольшие потери угля благодаря отсутствию целиков, охраняющих выемочные штреки. Однако система имеет и недостатки, такие как неполное использование фронта очистных работ, интенсивное воздействие горного давления на штреки и высокая трудоемкость выкладки бутовых полос.

Комбинированная система разработки одинарными лавами. При комбинированной системе разработки одинарными лавами по падению подготовку выемочного участка начинают с проведения откаточного и вентиляционного штреков. Эти выработки соединяют участковой наклонной выработкой (бремсберг, уклон) по границе выемочного участка, что отображено на рисунке 58. По мере движения очистного забоя одна из выработок погашается, а вторая поддерживается на контакте угольного массива и обрушенных пород, выполняя роль вентиляционной. Проветривание лавы осуществляется по прямоточной схеме.

Рис. 58. Комбинированная система разработки одинарными лавами по падению: 1 - вентиляционный штрек; 2 - вентиляционный участковый ходок; 3 - лава; 4 - конвейерный участковый бремсберг; 5 - откаточный штрек

Преимущества и ограничения системы одинарными лавами. Область применения данной системы включает пласты мощностью до 1,5 метра с углом падения до 12° и вмещающими породами небольшой обводненности. Ее основными достоинствами являются существенное снижение объема подготовительных выработок и почти полное устранение потерь угля в целиках. К недостаткам относятся трудность проветривания тупиковой части забоя и ограничение длины лавы до 100–150 метров в зависимости от газоносности пласта.

Система разработки спаренными лавами. Для подготовки выемочного участка при комбинированной системе спаренными лавами по падению необходимо проведение трех выработок, связывающих очистные забои с откаточным и вентиляционным штреками, как демонстрирует рисунок 59. Лавы проветриваются по прямоточной схеме, при этом длина каждой лавы принимается равной 100–150 метров, а длина столба — 800–1000 метров. Эта система применяется для пологих пластов с устойчивыми породами.

Рис. 59. Комбинированная система разработки спаренными лавами по падению (а) и восстанию (б)

Достоинства и проблемы системы спаренными лавами. К достоинствам системы с спаренными лавами относятся эффективное проветривание и минимальный объем предварительно проводимых выработок. Однако ее существенным недостатком является трудность поддержания выработок в зоне обрушенных пород, что требует дополнительных мер по креплению и контролю горного давления.

Система с использованием механизированных щитовых агрегатов. На рисунке 60 представлены варианты комбинированной системы разработки с применением механизированных щитовых агрегатов АНЩ и АЩМ. Эти агрегаты используются для разработки пластов мощностью 0,7–2,2 метра с углом падения более 40°. Данная система нашла широкое применение в Донецком угольном бассейне на Украине. Ее ключевым достоинством является возможность безопасной отработки выбросоопасных пластов благодаря мелкому сколу угля исполнительным органом агрегата.

Рис. 60. Комбинированная система разработки с использованием механизированных щитовых агрегатов АНЩ и АЩМ с проведением конвейерного пластового штрека (а) и без проведения его (б): 1 - групповой (полевой) транспортный штрек; 2 - групповой (полевой) вентиляционный штрек; 3 - вентиляционный пластовый штрек; 4 - конвейерный пластовый штрек

Система с разделением этажа на подэтажи. Среди вариантов комбинированной системы разработки с разделением этажа на подэтажи наиболее распространенным является вариант с последовательной отработкой, иллюстрируемый рисунком 61 (а). Вначале до границ шахтного поля отрабатывают нижнюю лаву, а затем верхнюю, с выдачей угля на передние участковые бремсберги, проводимые по выработанному пространству. В нижней лаве применяется сплошная система разработки, а в верхней — столбовая система.

Рис. 61. Комбинированная система разработки с разделением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы): а - с последовательной отработкой подэтажей (подъярусов); б, в - с доставкой угля из верхнего подэтажа на передний участковый бремсберг соответственно с последовательным подсвежением и обособленным проветриванием лав

Варианты одновременной отработки подэтажей. В вариантах, представленных на рисунке 61 (б, в), лавы в этаже отрабатываются одновременно с последовательным подсвежением и обособленным проветриванием. Применение таких схем обеспечивает группирование лав в этаже, увеличение его высоты и сокращение числа приемных площадок. Это способствует концентрации горных работ и повышению эффективности комбинированной системы по сравнению с традиционной сплошной системой разработки.

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.