Розділ 2: Процеси гірничого виробництва

Тема 14: Загальні відомості про системи розробки вугільних родовищ підземним способом

План заняття

1.Загальні відомості про системи розробки шахтного поля.

2.Суцільна система розробки.

3.Стовпова система розробки.

4.Комбінована система розробки.

1.Загальні відомості про системи розробки шахтного поля.

Після завершення етапу підготовки шахтного поля переходять до наступного етапу - експлуатації родовища, тобто власне до видобутку корисних копалин.

Роботи, пов'язані з видобутком корисних копалин, називаються очисними роботами, а виробки, в яких безпосередньо видобувається корисна копалина, - очисними виробками. На практиці частіше вживається термін "очисний вибій". В якості очисних вибоїв можуть бути лави, камери, смуги і заходки.

Кожен очисний вибій обслуговується виробками, які призначені для транспорту, вентиляції, пересування людей та інших цілей, і носять спільну назву підготовчі виробки. Однак, оскільки до підготовчих відносяться також і виробки, що готують шахтне поле, зручніше виробки, що обслуговують очисні вибої, називати виїмковими.

На мал. 1. схематично показані види очисних вибоїв і безпосередньо обслуговуючі їх виробки.

Мал. 1 – Види очисних вибоїв:


а – лава; б – смуга; в – заходка; г – камера.

Наприклад, лаву (мал.1, а) обслуговують транспортний і вентіляційний штреки, смугу (б) - вуглеспускна і вентиляційна печі, заходку (в) - виймальна піч, а вибій камери (г) обслуговується власною виробкою - камерою.

Характерною особливістю ведення очисних робіт є постійне переміщення очисного вибою в просторі, внаслідок чого особливого значення набуває своєчасне проведення виробок, що обслуговують цей вибій. В одному випадку виробки можуть проводитися до початку ведення очисних робіт, в іншому - одночасно з очисними роботами, в третьому - частина виробок проводиться до початку відпрацювання ділянки, а решта - під час ведення очисних робіт. Система розробки - комплекс очисних і підготовчих виробок, що проводяться в певній послідовності в часі і просторі. Класифікація систем розробки

В якості основних ознак прийняті спосіб виїмки пласта за потужністю, довжина очисного забою, напрямок виїмки пласта щодо елементів залягання, а також порядок ведення очисних і підготовчих робіт в межах поверху, ярусу або виїмкових смуги.

За способом виїмки пласта за потужністю всі системи розробки поділяються на дві групи: одношарові і багатошарові. У першій групі систем виїмка пласта проводиться відразу на повну потужність, тобто без поділу пласта на шари, в другій - з поділом його на шари. Залежно від орієнтування шарів в пласті група багатошарових систем підрозділяється на підгрупи з виїмкою похилими, горизонтальними і поперечно-похилими шарами.

По довжині очисного вибою все системи розробки діляться на два види: довговибійні і коротковибійні. До перших відносяться системи з довжиною вибою понад 20 м і до другого з довжиною до 20 м. Такий поділ певною мірою є умовним.

У напрямку виїмки щодо елементів залягання пласта існують системи розробки з виїмкою по простяганню, повстанню, падінню і по діагоналі.

За порядком і послідовністю ведення очисних і підготовчих робіт, тобто до прийнятого порядку підготовки і подальшого відпрацювання виїмкової дільниці, системи підрозділяються на суцільні, стовпові, камерні, смугові і комбіновані.

Вимоги до систем розробки

Обрана для конкретних умов залягання пласта система розробки повинна відповідати таким основним вимогам:

- безпеки ведення очисних і підготовчих робіт,

- комфортних умов праці, економічності розробки,

- мінімальних втрат корисних копалин в надрах,

- забезпечення охорони навколишнього середовища.

Безпека робіт визначається винятком можливості завалів очисних вибоїв, вибухів газів і пилу, пожеж, запобіганням падіння людей на крутопохилих пластах і їх травмування падаючими шматками породи і корисної копалини. Так, наприклад, система розробки смугами по підняттю є високопродуктивної системою, однак вона не виключає завали очисних вибоїв. Також висока пожежонебезпека привела до зменшення застосування камерної системи розробки на потужних крутих пластах. Обов'язковою умовою безпеки робіт є наявність не менше двох вільних виходів з очисного вибою, а також надійне його провітрювання.

Комфортні умови праці визначаються в основному зручностями роботи, допустимим вмістом пилу і вологи в вентиляційному струмені, і його температурою.

Економічність системи розробки визначається рівнем продуктивності праці і собівартості 1 т корисної копалини при високому його якості. Система розробки повинна забезпечувати можливість застосування високопродуктивної вибійної техніки для досягнення високого навантаження на вибій, мінімальний витрата матеріалів на одиницю видобутого вугіллявикопного, а також мати мінімальний обсяг проведення виїмкових виробок, просту і надійну транспортну мережу.

Правильно обрана система розробки повинна забезпечувати мінімальні втрати корисної копалини, оскільки, з одного боку, запаси непоправні, а з іншого - зменшення втрат знижує питомі капітальні витрати на будівництво гірського підприємства, а також непрямі витрати на геологічну розвідку родовища. В окремих випадках допустимо збільшення експлуатаційних втрат вугілля з метою досягнення високої продуктивності праці, меншої витрати матеріалів, зниження собівартості 1 т видобутку. Наприклад, камерна система розробки пологих пластів характеризується в цілому високими втратами корисної копалини, однак відрізняється високими техніко-економічними показниками. В окремих випадках, наприклад, при значній порушеності пластів і невисоку цінність корисних копалин вона може виявитися економічно доцільною навіть при відносно високих втратах.

Вимоги до систем розробки з точки зору охорони навколишнього середовища зводяться до необхідності залишення породи в шахті, не допускаючи її видачі на поверхню, а також виключення утворення провалів на денній поверхні і підробітку будівель і споруд, для чого необхідно застосовувати системи розробки із закладкою виробленого простору.

2.Суцільна система розробки.

Мал.3– Суцільна система розробки


Клас суцільних систем розробки характеризується тим, що очисні і підготовчі роботи в добувних ділянках ведуться одночасно, взаємопов'язані між собою і рухаються, як правило, в одному напрямку.

Умови застосування.Суцільні системи розробки можуть застосовуватися при будь-якому способі підготовки шахтного поля. Областю застосування суцільних систем вважаються в основному тонкі пласти і рідше пласти середньої потужності з будь-якими кутами падіння (особливо на великих глибинах), пласти з боковими породами схильними до пучіння.

Загальними перевагами суцільних систем розробки є:

- швидке введення очисних вибоїв в роботу;

- невеликі початкові витрати на підготовку ділянки;

- відсутність великої довжини тупикових виробок, що важливо для їх провітрювання, особливо на газоносних пластах;

- можливість застосування різних способів охорони виїмкових виробок при слабких бокових породах пласта (особливо підошви).

Загальні недоліки суцільних систем розробки:

- незадовільні умови підтримки виїмкових виробок, схильних до впливу очисних робіт, і в зв'язку з цим - великі витрати на їх ремонт;

- відсутність попередньої розвідки пласта підготовчими виробками, а звідси небезпека несподіваної зустрічі непрогнозованих геологічних порушень і виходу ділянки з ладу;

- очисні і підготовчі роботи не розділені в часі і просторі, що призводить до взаємних організаційним перешкод;

- обмеження навантаження на забій по газовому фактору, хоча в аналогічних умовах вона вище, ніж у стовпових систем розробки, проте значно нижче, ніж у комбінованих систем з підсвіженням вихідного струменя повітря.

3.Стовпова система розробки.

Мал.2– Стовпова система розробки


Система розробки, при якій запаси в межах поверху, виїмкової поля, стовпа або ярусу повністю оконтурени підготовчими виробками перед початком ведення очисних робіт, називається стовповою.

Стовпові системи розробки характеризуються тим, що до початку очисних робіт по пласту проводять підготовчі виробки, якими в пласті оконтурюють окремі ділянки, які називають стовпами, і тільки після цього приступають до виїмки вугілля.

Відмінними ознаками стовпових систем розробки є:

- очисні і підготовчі роботи розділені в просторі і часі;

- виїмкові виробки підтримуються в незайманому масиві вугілля.

Загальними перевагами всіх стовпових систем є:

- хороший стан транспортних виробок, розташованих в масиві вугілля, і незначні витрати на їх підтримку;

- відсутність взаємних перешкод в роботі з проведення виїмкових виробок і очисної виїмки;

- детальна розвідка пласта в період підготовки стовпів про умови його залягання і можливість прийняття необхідних заходів при несприятливому прогнозі;

- своєчасне погашення виїмкових виробок дозволяє регулярно і повно витягувати металеве кріплення;

- відсутні витоку повітря через вироблений простір, що забезпечує нормальне провітрювання лави і попереджає можливість самозаймання вугілля у виробленому просторі.

Загальними недоліками стовпових систем розробки є:

- великий обсяг проведення підготовчих виробок до початку ведення очисних робіт, що подовжує терміни введення їх в експлуатацію і вимагає значних одноразових капітальних витрат;

- складність провітрювання довгих тупикових виробок в процесі їх проведення;

- підготовчі виробки підтримуються як в період їх проведення, так і під час ведення очисних робіт. На пластах з виряченими грунтами це призводить до додаткових витрат на їх підтримку. При можливості забезпечення великій швидкості посування очисних і підготовчих виробок цей недолік може бути відсутнім;

- більш складне обслуговування гірничих робіт з боку технічного нагляду через їх розкиданості по шахті.

Галузь застосування: може застосовуватися при будь-яких способах підготовки шахтного поля, але в загалі на пологих пластах застосовують при панельній підготовці, а на пластах з кутами падіння до 10 ° - при погоризонтній.

4.Комбінована система розробки.

Мал.4 – Комбінована система розробки


Комбінованими називаються системи, що містять в собі комбінації елементів і ознак кількох систем розробки, наприклад суцільної і стовпової. Метою такої комбінації є прагнення використовувати переваги як суцільних, так і стовпових систем розробки і усунути або згладити деякі з властивих їм недоліків. НА ПОЧАТОК