10.1. ВСКРЫВАЮЩИЕ ВЫРАБОТКИ

  Главная     Учебники - Горное дело     Ю. Ф. ВАСЮЧКОВ ГОРНОЕ ДЕЛО

 поиск по сайту     

 

 

 

 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

 

 

10. ВСКРЫТИЕ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

10.1. ВСКРЫВАЮЩИЕ ВЫРАБОТКИ

К вскрывающим выработкам относят те выработки, которые обеспечивают доступ к полезному ископаемому с поверхности. Основная цель проведения вскрывающей выработки заключается в пересечении вскрываемого пласта и обеспечении транспортной связи между пластом и поверхностью. Вскрывающие выработки образуют единую систему, которая при работе шахты в большинстве случаев претерпевает изменения: часть вскрывающих выработок используют в течение всего срока службы шахты, часть погашают, часть выработок проводят в процессе эксплуатации. Вскрывающие выработки по виду их связи с земной поверхностью делят на две группы: основные и дополнительные. К основным вскрывающим относят выработки, имеющие непосредственный выход на земную поверхность (вертикальные или наклонные стволы, штольни и шурфы). По стволам и штольням полезное ископаемое транспортируют на поверхность, доставляют материалы, оборудование, людей, осуществляют вентиляцию горных выработок, подают электроэнергию, воду, сжатый воздух и др. Шурфы используют в основном для вентиляции шахты. В случае, если ствол (штольня) служит для выдачи полезного ископаемого на поверхность, его называют главным, а если он предназначен для других целей — вспомогательным.

К дополнительным относят вскрывающие выработки, не имеющие непосредственного выхода на земную поверхность (квершлаги, гезенки, полевые скаты, бремсберги, уклоны). Основные и дополнительные вскрывающие выработки составляют систему вскрывающих выработок.

По сроку службы вскрывающие выработки делят на капитальные, обслуживающие шахтное поле (или его ступень) в течение всего периода его отработки (основные вскрывающие выработки, капитальные бремсберги, уклоны, скаты), блоковые, обслуживающие блок шахтного поля в течение срока его
 

отработки (блоковые стволы, штреки и т. д.) и этажные (или панельные), обслуживающие этаж (или панель) в течение срока его отработки (этажные квершлаги, воздухоотводящие стволы, групповые панельные квершлаги и т. д.).

Эффективность подземной разработки полезных ископаемых во многом зависит от места заложения вскрывающих выработок в пределах шахтного поля. Под местом заложения вскрывающей выработки понимают точку, от которой начинают ее проведение. При выборе места заложения основных вскрывающих выработок по существу решается вопрос о месте выдачи полезного ископаемого на поверхность, а при определении точек заложения дополнительных вскрывающих выработок — о схеме вентиляции шахты.

К главным стволам (штольням) предъявляют особенно жесткие требования в части надежности функционирования в течение всего периода эксплуатации шахты. При определении места заложения главных вскрывающих выработок учитывают затраты на строительство и последующую эксплуатацию шахты, потери полезного ископаемого в недрах. Основным критерием является минимум затрат на проведение и поддержание выработок, транспортирование угля, вентиляцию и водоотлив, отнесенных к 1 т промышленных запасов и приведенных к единому периоду. Указанные затраты называют приведенными. На выбор места заложения главных вскрывающих выработок влияют горно-геологические условия, потери полезного ископаемого в охранных целиках, размеры зон сдвижения пород над выработанными пространствами, рельеф и застроенность земной поверхности, расположение водоемов и их паводковый режим и в гористой местности возможность обвалов и схода лавин. Рассмотрим четыре типичных случая размещения главных вскрывающих выработок в шахтном поле.

Первый случай относится к шахтному полю правильной (прямоугольной) формы с одним пластом. Он характерен для месторождений со спокойным залеганием пласта и значительными запасами угля. Исходя из требования минимальных затрат на проведение, поддержание выработок и транспорт угля, принимают двукрылое шахтное поле и размещают главный ствол примерно в его середине по простиранию. Положение ствола вкрест простирания пласта определяют в соответствии с числом транспортных горизонтов. Если шахта эксплуатирует один транспортный горизонт, то ствол проводят до такого горизонта, чтобы размеры бремсберговой и уклонной частей по падению были примерно одинаковы или чтобы они отличались друг от друга не более чем на 10—15 %.

При двух и более транспортных горизонтах (рис. 10.1) положение главного ствола вкрест простирания пласта определяют исходя из минимума приведенных затрат и потерь угля
 

 

 

 

 

в недрах. В первую очередь вскрывают 1-й горизонт, подготавливают запасы и начинают их отработку. Одновременно ведут работы по вскрытию 2-го горизонта, для чего ствол углубляют. При отработке 2-го горизонта готовят 3-й горизонт.

При этом возможны варианты положения ствола 1, II и III. Рациональными могут быть признаны варианты 1 и 2, т. к. в варианте III требуется еще до сдачи шахты в эксплуатацию провести длинный квершлаг с—а на 1-м горизонте. Кроме того, вариант III требует при отработке 2-го горизонта мер по охране ствола и квершлага 1-го горизонта от сдвижения пород, увеличивающих потери угля в недрах.

Вариант II предпочтительнее в связи с меньшей длиной квершлага на 1-м горизонте и меньшими потерями угля в охранных целиках. Вариант II имеет также то преимущество перед вариантом 1, что он характеризуется меньшей длиной квершлага на 2-м горизонте что позволяет при эксплуатации 2-го горизонта сократить расходы на транспортирование угля. Общая длина квершлагов на 1-м и 2-м горизонтах в вариантах I и II одинакова, но в варианте 1 все затраты на проведение квершлага относятся к будущему периоду эксплуатации шахты, а в варианте II часть расходов на его проведение производят в начальный период (период строительства), что делает вариант I в этом отношении предпочтительней.

Вскрытие 3-го горизонта во всех вариантах требует существенных затрат. Перенесение ствола из положения 1 в положения II и III сокращает длину квершлага третьего горизонта соответственно на отрезки g—h и g—i. В связи с тем, что затраты на вскрытие 3-го горизонта делают в период эксплуатации шахты, применяют обычно варианты 1 и II.

Так как отработка первых двух горизонтов обычно продолжается 35—40 лет, то для вскрытия нижних горизонтов в порядке реконструкции шахты строят новый ствол (вариант IV). На практике также распространена отработка нижней ступени посредством проведения уклонов.
 

 

Второй случай — шахтное поле неправильной формы с одним пластом. Он характерен и для месторождений с переменным углом залегания пласта, брахисинклинальными складками, замковыми частями мульд и др. Запасы угля в подобном поле распределены неравномерно. Условие заложения главного ствола для шахтного поля с непрерывными и неравномерно распределенными запасами по JI. Д. Шевякову формулируют на основе требования минимума затрат на транспортирование груза. Оптимальное место своза груза к стволу находится на линии, делящей запасы шахтного поля на равные части (рис. 10.2, линия б—г). Достоинством такого подхода является то,
 

 

что при равных запасах в крыльях шахтного поля неправильной формы продолжительность их отработки примерно одинакова. При заложении же главного ствола в середине шахтного поля по простиранию приводит к условиям, сходным с однокрылой его отработкой. Расчеты показывают, что при увеличении запасов угля в одном крыле по сравнению с другим хотя бы на 10 % и одновременной отработке обоих крыльев нагрузка на первое крыло по сравнению со вторым должна быть больше примерно в 1,5 раза, а при увеличении запасов на 30 % — в 4 раза, что усложняет транспортировку грузов и вентиляцию выработок.

Место заложения главного ствола по падению при одном транспортном горизонте выбирают на такой изогипсе, чтобы она делила запасы шахтного поля по падению также примерно на две равные части (см. рис. 10.2, линия а—в). При двух и более транспортных горизонтах место заложения главного ствола по падению выбирают так же, как на шахтном поле правильной формы с одним пластом.

При шахтном поле с несколькими рабочими пластами (третий случай) место заложения главного ствола по простиранию определяют из требования примерного равенства запасов в крыльях. Выбор места заложения главного ствола вкрест простирания усложняется тем, что размер транспортного горизонта в этом направлении при отработке свиты пластов колеблется от нескольких десятков до 500—700 м. На каждом транспортном горизонте проводят один или два горизонтных квершлага. Тогда суммарная длина квершлагов на одном транспортном горизонте может превышать 1 км. При большой длине горизонтных вскрывающих квершлагов существенную роль играют затраты на транспортирование грузов.

По JI. Д. Шевякову и Р. А. Селецкому положение главного ствола вкрест простирания пород, а следовательно и положение точки своза угля по горизонтному квершлагу к месту выдачи его на поверхность, должно быть таким, чтобы работа по перемещению всех грузов под землей в течение всего времени эксплуатации шахты была минимальной.

 

 

По фактору поддержания ствола в безремонтном состоянии целесообразно расположение ствола в лежачем боку. По фактору минимального объема проведения вскрывающих выработок, проводимых в период строительства, выгодным является положение ствола ближе к пластам, отрабатываемым в первую очередь.

При вскрытии свит крутых пластов — четвертый случай (рис. 10.3) — главный ствол закладывают в лежачем боку, где отсутствует влияние очистных работ и стволы длительное время сохраняются в безремонтном состоянии. При этом исключаются значительные потери угля в охранных целиках. Однако при вскрытии нижних горизонтов на действующих шахтах в условиях застроенной местности и с целью использования существующих поверхностных зданий и сооружений допускают неоптимальный вариант — размещение главного ствола (слепого ствола) в пределах свиты пластов.

Если шахтное поле пригодно для вскрытия наклонными стволами, то их закладывают как по напластованию, так и вкрест напластования пород, преимущественно по линии, делящей запасы примерно на две равные части. Наклонные стволы проводят как по пласту, так и по породам.

При вскрытии штольнями главную штольню размещают так, чтобы в первую очередь был обеспечен удобный подход

 

Рис. 10.4. Центральное (а), центрально-отнесенное (б), фланговое (в), секционное (г) и комбинированное (5) расположение вертикальных стволов в пределах шахтного поля:
1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол,; 3 — очистные забои; 4 — вентиляционная скважина; 5 — выработанное пространство; 6 — блоковые воздухоподающие стволы; 7 — блоковые воздухоотводящие стволы, |—V — номера блоков

 

 

 

к ее устью на поверхности, Известны случаи (шахта им. Шевякова в Кузбассе), когда главная штольня расположена на фланге шахтного поля. Если имеется выбор в расположении главной штольни, предпочтение отдается варианту, при котором большие запасы сосредоточены в бремсберговой ступени.

При вскрытии шахтного поля помимо главного ствола необходимо сооружение хотя бы одного вспомогательного ствола. Если двумя выходами из шахты служат вертикальные стволы, то как главный, так и вспомогательный, оборудуют подъемными установками, одна из которых обязательно должна быть клетевой, а также лестничными отделениями. Во вспомогательном стволе глубиной до 70 м при наличии лестничных отделений как в главном, так и вспомогательном стволах подъемная установка может отсутствовать.

Кроме вспомогательных стволов в пределах шахтного поля проводят вентиляционные скважины большого диаметра — до 3—3,5 м, которые служат только для вентиляции горных выработок. Вентиляционные скважины получили широкое применение при вскрытии нижних горизонтов на действующих шахтах. Вентиляционная скважина не является вскрывающей выработкой и тем более вспомогательным стволом.

Различают следующие схемы взаимного расположения главного и вспомогательного вертикальных стволов на шахтном поле: центральное, центрально-отнесенное, фланговое, секционное и комбинированное (рис. 10.4).

Центральное расположение стволов (см. рис.

10.4, а) предполагает их размещение на одной промплощадке поверхностного комплекса.

При центрально-отнесенном расположении стволов (см. рис. 10.4, б) главный ствол размещается в центре шахтного поля, а вспомогательный — у верхней его границы, примерно на линии восстания, проведенной через главный ствол. Такое размещение стволов характерно для отработки бремсберговой части шахтного поля. При переходе горных работ в уклонную часть шахтного поля из-за затруднений с проветриванием приходится проходить у нижней границы шахтного поля еще один вспомогательный ствол ичи вентиляционную скважину. Достоинствами центрально-отнесенного расположения стволов при негоризонтальном залегании пластов являются меньший объем проходки стволов на момент сдачи шахты в эксплуатацию, чем при центральном расположении и восходящий порядок движения струи, недостатком — разбросанность по поверхности промплощадок стволов.

При фланговом расположении главный ствол размещают примерно в центре • шахтного поля, а вспомогательные— на его флангах (см. рис. 10.4, в). При вскрытии нижних горизонтов в уклонной части поля проходят дополнительные фланговые стволы или вентиляционные скважины. Достоинство флангового расположения стволов — возможность прямоточного проветривания выемочных участков, обеспечивающего меньший уровень метановыделения из выработанного пространства на вентиляционный штрек, чем при возвратноточном проветривании.

Шахтные поля больших размеров с пологими пластами делят на блоки длиной по простиранию 2—3,5 км. Главный ствол располагают в одном из блоков, а выработки каждого блока проветривают через блоковые вспомогательные воздухоподающий и воздухоотводящий стволы независимо от выработок соседних блоков (рис. 10.4, г). Такое расположение стволов в шахтном поле называют секционным.

Комбинированное расположение вертикальных стволов (рис. 10.4, д) применяют на шахтах со сложной схемой вентиляции, а также в случаях, когда в процессе реконструкции шахты и строительства новых горизонтов проходят новые стволы. Оно предполагает сочетание центрального расположения .стволов с фланговым и центрального с центрально-отнесенным.

При вскрытии наклонными стволами их число бывает от двух до шести. Из них два — четыре располагают параллельно на расстоянии 30—40 м друг от друга.

При вскрытии штольнями вспомогательную штольню обычно проводят рядом с главной из-за необходимости использовать единую промплощадку в условиях ограниченных возможностей строительства поверхностных сооружений в гористой местности. Если указанный фактор не является лимитирующим, то штольни могут быть разнесены по простиранию и по падению шахтного поля.