Система разработки угольных пластов: выбор, конструирование и технико-экономическое обоснование

Ключевые факторы эффективности очистных работ. Эффективность применения высокопроизводительных средств механизации на очистных работах и достижение высоких технико-экономических показателей в значительной степени определяются принятой системой разработки. Выбор оптимальной системы предопределяется комплексом горно-геологических и горнотехнических условий. На практике это приводит к большому разнообразию систем, их разновидностей и модификаций. Целесообразность применения каждой системы должна быть обоснована тщательными технико-экономическими расчетами, обеспечивающими высокую степень механизации, производительность труда, минимальные потери угля и безопасность.

Алгоритм выбора рациональной системы разработки. Решение задачи выбора оптимальной системы разработки осуществляется в строгой последовательности. На первом этапе выбираются и конструируются технически приемлемые для данных условий варианты. Далее рассчитываются основные параметры системы разработки: средства механизации, суточная нагрузка на очистной забой, способ охраны выемочных выработок, тип крепи и площадь ее сечения, оптимальная длина забоя и размер выемочного поля.

Следующим шагом является составление экономико-математических моделей для выбранных систем. После определения всех стоимостных параметров производится расчет критерия целевой функции по каждому варианту. На заключительном этапе сравниваются полученные значения критерия, и принимается к реализации наиболее экономически выгодный вариант системы разработки.

Творческий подход к конструированию систем. Многообразие факторов, влияющих на выбор, требует системного подхода и глубоких знаний в области подготовки пластов, проведения и охраны выработок, а также механизации очистных работ. Необходимо творчески решать задачи в конкретных условиях. Ярким примером является применение столбовых систем разработки на пластах с пучащими почвами, что традиционно не рекомендуется.

Если очистной забой обеспечивает высокую нагрузку, именно столбовая система становится предпочтительной благодаря разделению работ во времени и пространстве. Решением может стать увеличение сечения выемочных выработок для компенсации сближения пород, что достигается увеличением скорости подвигания забоев или уменьшением размеров выемочного поля. Такой творческий подход позволяет найти нестандартное, но эффективное решение.

Этапы конструирования системы разработки. Весь процесс конструирования условно разделен на восемь последовательных этапов. Первый этап предполагает выбор вида системы: с разделением пласта на слои или без него. Системы без разделения применяются для пластов мощностью до 3,5 метров и для крутых пластов с выдержанной мощностью до 12 метров при щитовой выемке. Мощные пологие и наклонные пласты, а также крутые, где невозможна выемка щитами, разрабатываются системами с разделением на слои.

На втором этапе выбирается группа систем: с длинными забоями или с короткими забоями. Основными являются системы с длинными очистными забоями и выемкой механизированными комплексами. Короткозабойные системы рекомендуются для пологих пластов средней мощности, не склонных к самовозгоранию, а также на сильно нарушенных участках.

Направление выемки и подгруппы систем. Третий этап посвящен выбору направления выемки угля относительно элементов залегания пласта. Для пластов с углом падения до 10° применяется выемка по восстанию или падению, что обеспечивает постоянство длины лавы и полную конвейеризацию угля. Для обводненных пластов выемка ведется только по восстанию, а для сухих – в зависимости от расположения подъемного горизонта и вентиляционных выработок.

На четвертом этапе выбирается подгруппа системы разработки. Для тонких и средней мощности пластов основными являются столбовая система и комбинированная система. В условиях слабых пород на глубоких горизонтах предпочтительна сплошная система разработки с охраной выработок бутовыми полосами. Для крутых пластов при столбовой системе рекомендуется разделение крыла этажа на выемочные поля.

Транспортировка угля и проветривание забоев. Пятый этап актуален при принятии столбовой системы с делением этажа на поля и включает в себя выбор системы по направлению транспортирования угля. Наиболее предпочтительной является система с транспортированием на передний участковый бремсберг. Однако при наличии многочисленных геологических нарушений более выгодной может оказаться система с доставкой на задний бремсберг.

Шестой этап решает вопрос проветривания очистных забоев в этаже: последовательное с подсвежением, обособленное или комбинированное. Как правило, каждый забой должен проветриваться обособленной струей воздуха. Однако на шахтах, опасных по выбросам, экономически целесообразно последовательное проветривание с подсвежением.

Окончательный выбор схемы проветривания и охраны выработок. Выбор схемы проветривания выемочного участка (седьмой этап) производится с учетом газоносности пласта, склонности угля к самовозгоранию и других факторов. На высокогазоносных пластах возвратноточная схема ограничивает нагрузку на забой, поэтому необходима прямоточная схема с подсвежающей струей. Это влияет на выбор между системой с большим числом забоев и низкими затратами на поддержание и системой с меньшим числом забоев, но высокими затратами.

На самовозгорающихся пластах следует ориентироваться на столбовую систему с возвратноточной схемой проветривания или на сплошную систему с проведением полевых выемочных выработок. На заключительном, восьмом этапе производится выбор способа охраны выемочных выработок, что окончательно определяет модификацию каждой из отобранных для сравнения систем 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.