Штреком
Главные полевые откаточный и вентиляционный штреки проводят общими для двух пластов, соединяя их с пластовыми штреками промежуточными квершлагами, располагаемыми у наклонных выработок. Уголь, добытый из верхнего пласта, через гезенк транспортируется на главный полевой штрек и далее к стволу. Воздух для проветривания подается в направлении, противоположном движению груза.
При данном способе группирования отработка столбов в смежных пластах должна вестись со смещением очистных работ на расстояние не менее двух лав.
3. Панельная схема подготовки
3.1. Сущность схемы
При рассмотрении отработки запасов шахтных полей частично освещались вопросы деления шахтного поля на панели. Сущность панельной схемы подготовки заключается в том, что на уровне околоствольного двора проводится главный откаточный штрек (рис. 3.11). Затем в пределах каждой панели проводят панельные бремсберги (уклоны) с ходками. Каждая панель отрабатывается частями по простиранию, называемыми ярусами. Проветривание очистных и подготовительных выработок в панелях осуществляется через центрально-сдвоенные стволы или через один ствол и шурфы, пройденные для каждой панели.
Рис. 3.11. Панельная схема подготовки шахтного поля:
I–IV – панели; 1 – квершлаг; 2 – главный откаточный штрек; 3 – панельный бремсберг; 4 – ходки; 5 – параллельный штрек; 6 – конвейерный ярусный штрек; 7 – вентиляционный ярусный штрек; 8 – шурф
На практике применяются в основном двукрылые панелей. Порядок отработки ярусов в панели, как правило, обратный, порядок отработки панелей в бремсберговой части шахтного поля преимущественно прямой, в уклонном – обратный. Число очистных забоев, действующих в панели, как правило, два-три. Схема проветривания выемочных участков – прямоточная и возвратноточная, с подсвежением и без подсвежения исходящей из очистного забоя струи.
К вариантам панельной схемы подготовки относят также схемы с проведением промежуточных ходков на флангах. В каждой из этих схем возможны применение возвратного или прямоточного проветривания и подготовка очередных ярусов выработками, проводимыми вприсечку к выработанному пространству или повторно используемыми.
Длина панели по падению составляет 1000–1500 м, а двукрылой панели по простиранию – 2500–3000 м. Высота яруса колеблется от 90–100 до 250–300 м, преобладает высота 150–200 м.
Панельная схема подготовки шахтных полей в России, как правило, применяется при разработке горизонтальных пластов и пластов с углами падения до 25° и позволяет при полной конвейеризации шахты и других благоприятных условиях создать очень крупные по мощности предприятия.
Значительное распространение получила панельная схема подготовки полей на шахтах Восточного Мидленда (Великобритания). При залегании пластов, близком к горизонтальному, панели ориентируются в самых различных направлениях. В отдельных случаях при мощности пластов более 1,2 м выработки, подготавливающие панели, проводят без подрывки боковых пород. В зависимости от горно-геологических условий и применяемых средств транспорта угля длину главных панельных выработок принимают равной 2–4 км.
В США практически все шахтные поля, разрабатывающие горизонтальные и пологие пласты, подготовлены по панельной схеме. Как правило, панели подготавливаются выработками, проводимыми без подрывки боковых пород. Площадь поперечного сечения таких выработок невелика, в связи с чем при необходимости подачи большого количества воздуха для проветривания число подобных выработок может быть значительным.
Достоинства панельной схемы подготовки:
возможность создания крупных по мощности шахт за счет одновременной работы в нескольких панелях и обеспечения благоприятных условий для применения наиболее эффективного конвейерного транспорта;
использование откаточных выработок одного горизонта для подготовки и отработки значительных по объему запасов;
сравнительно малый объем постоянно поддерживаемых выработок;
большая нагрузка на отдельный пласт и панель, способствующая высокой концентрации горных работ.
Недостатки панельной схемы подготовки:
ограничение области применения пологими и наклонными пластами;
сложность в обеспечении надежного проветривания имеющих большие размеры бремсберговых и особенно уклонных полей, в которых насчитывается несколько одновременно действующих подготовительных и очистных забоев;
трудности с эксплуатацией длинных наклонных выработок.
3.2. Панельная схема при индивидуальной подготовке пластов
Основные варианты панельной схемы при индивидуальной подготовке пластов: пластовый и пластово-полевой.
На рис. 3.12 изображен вариант панельной схемы при пластовой подготовке пластов. От капитального квершлага проводят в обе стороны по каждому пласту главные штреки, а от них – панельные бремсберги (уклоны). Ширина целиков между панельным бремсбергом (уклоном) и ходком принимается не менее 30 м, между участковым бремсбергом (уклоном) и ходком – не менее 20 м, между панельным бремсбергом или ходком и разрезной печью – не менее 40 м, между участковым бремсбергом (уклоном) или ходком и разрезной печью – не менее 20 м. Отвод исходящей струи осуществляется через вентиляционные стволы и скважины на каждом пласте или через капитальный вентиляционный квершлаг и центральный вентиляционный ствол. При небольшой глубине проветривание каждой панели возможно также через самостоятельные шурфы.
Проветривание уклонных панелей осуществляется через центрально-сдвоенные стволы по бремсберговой схеме. В этом случае на каждом пласте необходимо иметь помимо главного откаточного штрека параллельный ему главный вентиляционный штрек. Если он не был проведен одновременно с откаточным штреком, то его проводят во второй период отработки шахтного поля – период развития очистных работ в его уклонной части.
Рис. 3.12. Панельная схема при пластовой подготовке пластов:
1 – капитальные квершлаги; 2 – главные штреки
На рис. 3.13 приведена технологическая схема подземного транспорта в пределах бремсберговой панели при отработке тонких пологих пластов. Наиболее совершенными являются схемы с транспортированием угля конвейерами от очистного забоя до горизонта околоствольного двора. Под лавой устанавливают телескопический конвейер и надвижной перегружатель.
При горизонтальном залегании пластов подготовка поля осуществляется, как правило, только панелями (рис. 3.14). Направления для главных штреков выбирают в зависимости от конфигурации шахтного поля из расчета рационального разделения его на панели. Главные штреки в крыльях шахтного поля можно располагать под некоторым углом друг к другу. От главных штреков чаще посередине панели проводят панельные штреки. Ширина панели 2500–3000 м. Длину выемочных столбов, отрабатываемых механизированными комплексами, принимают равной 1000–1500 м, а при благоприятных условиях до 3000 м.
Проветривание очистных и подготовительных выработок в панелях осуществляется через центрально-сдвоенные стволы или через один ствол и шурфы, пройденные для каждой панели. При небольшой глубине залегания и благоприятных гидрогеологических условиях (отсутствие плывунов) предпочтение отдается второму способу, при котором отсутствуют утечки воздуха между выработками и при небольшой депрессии обеспечивается эффективное проветривание.
Рис. 3.13. Технологическая схема подземного транспорта в бремсберговой панели при отработке тонких пологих пластов:
1 - перегружатель; 2 - ленточный конвейер в ярусном штреке; 3 - рельсовые пути в параллельном ярусном штреке; 4 - монорельсовые дороги в ярусном конвейерном штреке; 5 - ленточный конвейер в панельном бремсберге; 6 - скребковые конвейеры; 7 - моноканатная кресельная дорога в людском ходке; 8 - рельсовые пути во вспомогательном ходке; 9 - рельсовые пути в главном штреке
Транспортирование угля по выемочным штрекам осуществляется конвейерами с шириной ленты 1,2 м (см. рис. 3.14). По панельным и главным штрекам, которые проводятся по заданному профилю, уголь в вагонетках электровозами транспортируется к стволу шахты. Транспортирование вспомогательных материалов и оборудования осуществляется монорельсовыми дорогами с дизелевозом.
Рис. 3.14. Панельная схема подготовки при отработке горизонтального пласта:
1, 2 – соответственно вентиляционный и конвейерный бортовые штреки; 3, 4 – соответственно откаточный и вентиляционный панельные штреки; 5, 6 – соответственно откаточный и вентиляционный главные штреки
В США подготовка шахтных полей на горизонтальных и пологих пластах ведется только по панельной схеме (рис. 3.15). Панельные штреки чаще всего проводятся группами из пяти – восьми выработок. От панельных штреков проводятся бортовые выемочные штреки, которые оконтуривают выемочные столбы. Отработка столбов ведется в обратном порядке. Между остановленным очистным забоем и панельным штреком оставляют целик шириной 50 м и более. Общая длина отрабатываемых панелей составляет 1000 м и более.
Все выработки в пределах панели проводятся группами только по пласту. Выработки имеют прямоугольную форму поперечного сечения, их ширина 4,8–7,2 м, а высота соответствует мощности пласта.
Расстояние между соседними выработками в группе обычно равно 12–18 м. Выработки в группе через каждые 6–12 м соединяются сбойками.
Каждая группа выемочных выработок включает обычно три штрека. Первый (бортовой) штрек служит для транспорта угля, второй (средний) предназначается для доставки оборудования и материалов, а третий – для проветривания при отработке следующего столба. При проведении сдвоенных штреков один из них конвейерный, а другой – вентиляционный. Первый штрек погашается следом за подвиганием очистного забоя, а второй поддерживается и используется при отработке следующего столба.
Первый проводимый на границе столба просек является разрезными; в ней монтируется забойное оборудование. Остальные фланговые просеки, параллельные разрезному просеку, поддерживаются и служат для проветривания.
В середине каждого выемочного столба из панельных штреков проводят также две-три выработки длиной, равной ширине панельного целика. Они предназначаются для выдачи из очистного забоя демонтируемого оборудования после отработки выемочного столба.
Рис.3.15. Панельная схема подготовки (США):
1 – панельные штреки; 2 – бортовые конвейерные штреки; 3 – бортовые вентиляционные штреки
Выемочные столбы отрабатываются в обратном порядке. Правда, в последнее время в США начал практиковаться комбинированный порядок отработки, когда один выемочный столб отрабатывается в обратном порядке, а соседний – в прямом. Подобный порядок обеспечивает меньшее расстояние транспортирования очистного оборудования при его демонтаже-монтаже.
Панельная схема подготовки применяется, в частности, на одной из крупнейших в США каменноугольной шахте «Бейли». Она спроектирована с расчетом преимущественного использования систем разработки с длинными очистными забоями. Все вспомогательные вскрывающие и подготовительные выработки проводятся только по пласту. Каждая панель включает примерно 10 столбов длиной по 2700 м. Длина лав 250 м.
Принятая на шахтах США подготовка выемочных полей к отработке пластов длинными очистными забоями обладает следующими достоинствами:
большая ширина бортовых выемочных штреков позволяет выносить приводы забойных конвейеров (при выемке угля комбайнами) и струговых установок (при выемке угля стругами) из лав на штрек и дает возможность отказаться от устройства машинных ниш в очистном забое;
выемочные штреки, охраняемые целиками и проводимые без подрывки боковых пород, обладают хорошей устойчивостью, в связи с чем они крепятся только анкерами или индивидуальными стойками;
наличие нескольких параллельных выработок и большая их ширина обеспечивают хорошее проветривание и облегчают транспортирование оборудования, материалов и людей.
При этом следует отметить, что применение при проведении выработок мощного оборудования, предназначенного для выемки угля короткими забоями, позволяет достигнуть примерно такой же производительности труда, что и в длинных забоях, оснащенных комплексами с передвижной механизированной крепью.
Все более широкое распространение получает панельная схема с пластово-полевой подготовкой пласта, которая обеспечивает компактность горных работ и позволяет добиться полной конвейеризации транспорта угля в пределах шахтного поля. При этом варианте подготовки обычно проводят от стволов шахты в обе стороны главный откаточный полевой штрек.
При отработке бремсберговых панелей свежий воздух для проветривания выработок подается по вспомогательному стволу; отработанный же воздух отводится или по шурфам в каждой панели, или по общему вентиляционному стволу, располагаемому у верхней границы шахтного поля (в этом случае проводится общий пластовый либо полевой вентиляционный штрек). Уклонные панели проветриваются обычно через центрально-сдвоенные стволы по бремсберговой схеме проветривания.
3.3. Панельная схема при групповой подготовке пластов
При панельной схеме подготовки пласты могут группироваться на горизонтах ярусных штреков или главных штреков.
При групповой отработке двух пластов главные откаточный и вентиляционный штреки (полевые или пластовые) проводят только по одному из них.
При группировании на горизонте ярусных штреков (рис. 3.16) на одном пласте (обычно на нижнем) в каждой панели проводят групповой панельный бремсберг, который соединяют с другим пластом откаточными и вентиляционными ярусными квершлагами. От ярусных квершлагов на верхнем пласте проводят в обе стороны откаточные и вентиляционные ярусные штреки.
Характерной особенностью технологической схемы транспорта при панельной схеме подготовки с группированием двух сближенных пологих пластов (рис. 3.17) является то, что транспортирование угля из очистных забоев обоих пластов осуществляется одним сборным конвейером, установленным в бремсберге по нижнему пласту. Подача угля с верхнего пласта осуществляется через гезенк, который одновременно является аккумулирующей емкостью.
Рис. 3.16. Панельная схема подготовки с группированием пластов на горизонте ярусных штреков:
1 – ярусные квершлаги; 2 – групповые панельные бремсберги; 3 – отработанные части шахтного поля
Группирование на горизонте ярусных штреков применяется при неустойчивых боковых породах и расстоянии между пластами по горизонтали, не превышающем 50–100 м.
При группировании на горизонте главного откаточного штрека (рис. 3.18) у каждого панельного бремсберга проводят промежуточные квершлаги. Панельные бремсберги и уклоны проводят по каждому пласту.
Группирование на горизонте главного откаточного штрека целесообразно при значительном расстоянии между пластами или при недостаточной пропускной способности одного группового бремсберга по углю и воздуху.
Панельная схема подготовки с группированием на горизонте полевого откаточного штрека была применена на шахте «Заполярная» (Россия). Шахта разрабатывала пласты Тройной и Четвертый с углами падения 12–15° и мощностью соответственно 2,5–3,9 и 1,35–1,65 м. Пласты опасны по внезапным выбросам угля и газа. Относительная газообильность достигает 58 м3/т.
Рис. 3.17. Технологическая схема подземного транспорта при панельной схеме подготовки с группированием двух сближенных пологих пластов: 1 – главный штрек по нижнему пласту; 2 – групповой бремсберг по нижнему пласту; 3 – главный вентиляционный штрек; 4 – углеспускной гезенк
Особенности подготовки шахтного поля рассмотрим на примере панели № 23 по пласту Четвертому (рис. 3.19). Панель двукрылая, длиной по простиранию 2400 м. Наклонные выработки пройдены посередине панели и охраняются целиками шириной 25–50 м.
Рис. 3.18. Панельная схема подготовки пластов с группированием на горизонте главного откаточного штрека:
1 – главный откаточный штрек; 2 – промежуточные квершлаги; 3 – отработанные части шахтного поля
Рис. 3.19. Панельная схема подготовки с группированием пластов на горизонте полевого откаточного штрека на шахте «Заполярная» (Россия):
1 – откаточный штрек 2-го горизонта; 2, 3 – соответственно вентиляционный и людской ходки; 4 – конвейерный бремсберг; 5 – рельсовый ходок; 6 – вентиляционный ствол № 2; 7 – вентиляционная сбойка; 8 – полевой откаточный штрек 3-го горизонта; 9 – вентиляционный ствол № 1; 10 – рельсовый ходок; 11 – линии геологического нарушения
Схемой подготовки предусмотрены последовательная отработка ярусов по падению в нисходящем порядке и обратный порядок отработки каждого яруса наклонной высотой 160 м при одновременной работе двух ярусов в панели.
Уголь из очистных забоев транспортируется по ярусным конвейерным штрекам и бремсбергу, оборудованным ленточными конвейерами, по гезенку, полевому штреку и откаточному квершлагу 3-го горизонта к стволу.