А.И. Набоков Подземная разработка пластовых месторождений

1

Программа дисциплины «Подземная разработка пластовых месторождений»

1.Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе

1.1.Цель преподавания дисциплины

Цель изучения дисциплины «Подземная разработка пластовых месторождений» - получение студентами концептуальных знаний о разработке пластовых месторождений полезных ископаемых подземным способом и современных тенденциях её совершенствования. Данная дисциплина является базовой для подготовки дипломированного специалиста по специальности 090200.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Задачи изучения дисциплины «Подземная разработка пластовых месторождений»:

обеспечение комплексного решения вопросов вскрытия и подготовки месторождений полезных ископаемых;

обоснование прогрессивных технологических схем очистных работ и систем разработки;

прогнозирование прогрессивных технологий и безлюдной выемки.

1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо при изучении данной дисциплины

Для успешного изучения данной дисциплины необходимо знать основные положения предшествующих дисциплин. К ним относятся геологические дисциплины, являющиеся базой подготовки специалистов с высшим образованием горного направления, и основные положения начертательной геометрии, способствующие развитию пространственного мышления, что улучшает понимание изучаемой дисциплины. Кроме того, необходимо знать основные положения таких дисциплин, как «Геомеханика», «Машины и механизмы», «Безопасность жизнедеятельности», «Геодезия и маркшейдерское дело» и др.

2

2.Содержание дисциплины

2.1.Наименование тем и их содержание

2.1.1.Введение

Предмет, содержание, цели и задачи дисциплины, ее связь со смежными дисциплинами.

Значение и этапы развития угольной промышленности. Топливный баланс. Характеристика шахтного фонда. Реструктуризация угольной промышленности.

Научно-техническое обеспечение развития угольной промышленности «Требования к техническому руководству и управлению современной шахтой».

2.1.2. Общие сведения о залегании угольных месторождений, шахтных полей и их отработке

Основные горно-геологические характеристики угольных пластов. Краткая характеристика основных угольных бассейнов России и геоло- го-промышленных районов Кузбасса.

Запасы угля. Классификация запасов угля по разведанности и технологичности. Подсчет запасов угля в шахтном поле. Промышленные запасы, коэффициент извлечения. Потери угля при разработке, коэффициент потерь. Классификация потерь. Нормирование и снижение потерь угля.

Шахтное поле. Деление шахтного поля на части: транспортные горизонты, выемочные ступени, крылья, блоки, этажи, панели. Порядок разработки шахтных и выемочных полей.

Производственная мощность и срок службы шахты. Влияние производственной мощности шахты на уровень основных техникоэкономических показателей шахты. Общая, действующая и резервная линия очистных забоев.

Шахта как сложная система. Вскрытие, подготовка и очистные работы. Основные элементы технологической схемы шахты.

3

2.1..3. Основные принципы совершенствования подземной разработки пластовых месторождений

Основные направления развития подземной разработки пластовых месторождений: интенсификация, концентрация, малооперационность, ритмичность, поточность и безопасность подземных работ. Понятие о надежности технологических и производственных процессов.

2.1.4. Вскрытие пластовых месторождений

Вскрытие как элемент технологической схемы шахты. Основные и дополнительные вскрывающие выработки. Факторы, влияющие на выбор способов и схем вскрытия пластовых месторождений. Основные требования, предъявляемые к вскрытию. Классификация способов и схем вскрытия: вертикальными и наклонными стволами, штольнями и комбинированные, одногоризонтные и многогоризонтные, без дополнительных и с дополнительными вскрывающими выработками.

Вскрытие вертикальными стволами. Принципиальная сущность, условия применения, достоинства и недостатки. Разновидности вскрытия вертикальными стволами без дополнительных и с дополнительными вскрывающими выработками. Вскрытие вертикальными стволами с капитальным, горизонтными и этажными квершлагами, с капитальным и этажными гезенками. Вскрытие наклонными стволами. Принципиальная сущность. Разновидности вскрытия наклонными стволами. Факторы, влияющие на выбор места расположения наклонного ствола. Выбор места заложения шахтного ствола.

Вскрытие штольнями. Принципиальная сущность. Расположение штолен. Комбинированное вскрытие. Разновидности комбинированного вскрытия: вертикальными и наклонными стволами, штольней и наклонными стволами. Условия применения, достоинства и недостатки различных схем вскрытия. Выбор рационального вскрытия с учетом экономических, горно-геологических и горнотехнических факторов. Параметры вскрытия пластовых месторождений. Оценка надежности и охраны труда при различных вариантах вскрытия. Околоствольные дворы. Классификация и типы околоствольных дворов, область их применения.

Камеры околоствольного двора и их назначение. Защита околоствольных дворов от вредного влияния горных работ.

4

Технологический комплекс поверхности шахт. Угольный и породный комплексы. Принципы застройки поверхности шахт. Генеральный план промплощадки.

Взаимная увязка расположения зданий с выработками околоствольного двора. Охрана труда при эксплуатации технологического комплекса поверхности шахт.

2.1.5. Подготовка пластовых месторождений

Подготовка как элемент технологической схемы и ее особенности. Требования к подготовке пластов в шахтном поле.

Подготовка пластов на уровне транспортного горизонта шахтного поля: пластовая, полевая, индивидуальная, групповая и комбинированная. Условия применения, достоинства и недостатки.

Варианты групповой подготовки: с доставкой на задний, передний, двусторонний промквершлаги. Условия применения, достоинства и недостатки. Определение расстояния между промквершлагами. Определение места заложения полевого штрека.

Подготовка выемочных полей: погоризонтная, панельная и этажная.

Погоризонтная подготовка. Принципиальная сущность, условия применения, достоинства и недостатки. Разновидности погоризонтной подготовки.

Панельная подготовка. Разновидности панельной подготовки, их сущность, условия применения, достоинства и недостатки.

Этажная подготовка. Принципиальная сущность, условия применения, достоинства и недостатки. Особенности этажной подготовки на пологих пластах.

2.1.6. Технология очистных работ

Современное состояние и пути совершенствования технологии подземной добычи угля. Понятие о технологии, процессах и операциях. Основные и вспомогательные процессы и операции при ведении очистных работ.

Технологические схемы очистных работ в длинных и коротких забоях. Фланговая и фронтальная выемка. Расположение очистных забоев.

5

Выемка угля комбайнами. Исполнительные органы комбайнов и требования, предъявляемые к ним. Технологические параметры комбайнов. Определение производительности комбайнов. Погрузка угля при комбайновой выемке.

Выемка угля струговыми установками. Типы стругов и их технологические параметры. Определение производительности струговой установки.

Горное давление в очистном забое. Сдвижение пород при очистной выемке. Классификация пород кровли. Устойчивость и обрушаемость пород кровли. Свойства угля как объекта разрушения. Отжим угля. Сопротивляемость угля резанию.

Крепление очистных забоев. Классификация крепей очистных выработок. Индивидуальные призабойные крепи. Посадочные крепи. Верхняки забойной крепи. Механизированные крепи. Классификация механизированных крепей. Их взаимодействие с боковыми породами. Технологические параметры механизированных крепей. Щитовые крепи и принципы работы. Гибкие перекрытия. Достоинства и недостатки различных крепей.

Возведение крепи очистных забоев. Паспорт крепления очистного забоя. Особенности возведения крепи при комбайновой, струговой и буровзрывной выемке угля.

Управление кровлей в длинных очистных забоях. Классификация способов управления кровлей.

Управление кровлей полным обрушением. Шаг обрушения и шаг посадки кровли. Способы разупрочнения пород кровли: торпедирование, увлажнение, гидроразрыв и др. Технология управления кровлей полным обрушением. Особенности управления кровлей полным обрушением на крутых пластах.

Управление кровлей полной закладкой выработанного пространства. Закладочные материалы и требования, предъявляемые к ним. Способы закладки выработанного пространства: гидравлическая, пневматическая и др. Условия применения, достоинства и недостатки. Твердеющая закладка.

Концевые операции в очистном забое. Особенности концевых операций: выемка ниш и передвижка комбайна; самозарубка комбайна в пласт; крепление сопряжений очистного забоя с выемочными выработками.

6

Технологические схемы очистных работ при комплексномеханизированной выемке. Механизированные комплексы и их технологические характеристики. Механизированные агрегаты. Производственные процессы при комплексно-механизированной выемке. Организация работ. Планограмма работ. Определение нагрузки на очистной забой. Определение себестоимости добычи.

Монтаж и демонтаж механизированных комплексов. Технологические схемы монтажа комплексов. Технология работ без демонтажа комплексов.

Буровзрывная выемка угля. Условия применения, ее особенности в различных горно-геологических условиях.

Технология очистных работ в коротких очистных забоях. Технологические схемы с применением комбайнов и гидромеханизации.

Технология безлюдной выемки угля. Безлюдная выемка на пологих и крутых пластах.

Производственные процессы обеспечения очистных работ. Транспорт в пределах выемочного поля: доставка угля, перевозка людей, материалов и оборудования. Поддержание подготовительных выработок: расположение, охрана и поддержание выемочных выработок. Проветривание очистных забоев.

Совершенствование технологических схем очистных работ при подземной разработке пластовых месторождений.

2.1.7. Системы разработки пластовых месторождений

Понятие о системах разработки. Требования, предъявляемые к системам разработки. Факторы, влияющие на выбор систем разработки. Классификация систем разработки пластовых месторождений. Участие систем разработки в добыче угля.

Сплошные системы разработки. Варианты сплошных систем разработки: лава-этаж, с разделением этажа на подэтажи, лава-ярус, с потолкоуступной и прямолинейной формами забоя. Охрана подготовительных выработок. Отличительные особенности, условия применения, достоинства и недостатки.

Столбовые системы разработки. Варианты столбовых систем разработки. Длинные столбы по простиранию при этажной подготовке: лава-этаж, с разделением этажа на подэтажи (с доставкой на задний, передний и двусторонний участковые бремсберги; при панельной под-

7

готовке (лава-ярус, спаренные лавы, с бесцеликовой выемкой). Особенности комплексно-механизированной выемки. Длинные столбы по простиранию на крутых пластах. Особенности очистной выемки на крутых пластах. Охрана подготовительных выработок.

Длинные столбы по падению (восстанию). Отличительные особенности столбовых систем разработки. Условия применения, достоинства и недостатки.

Комбинированные системы разработки пластов тонких и средней мощности. Система разработки парными штреками. Система разработки с формированием ярусного штрека. Охрана подготовительных выработок. Отличительные особенности комбинированных систем разработки, условия применения, достоинства и недостатки.

Системы разработки пластов средней мощности с закладкой выработанного пространства: длинные столбы по простиранию; короткие полосы. Условия применения, достоинства и недостатки.

Система разработки крутых пластов длинными столбами по простиранию с выемкой полосами по падению под щитовым перекрытием (щитовая система разработки). Особенности подготовки выемочного поля. Очистная выемка под щитовым перекрытием. Конструкции щитовых перекрытий. Профилактика эндогенных пожаров. Разновидности щитовой системы разработки. Условия применения, достоинства и недостатки. Совершенствование щитовой системы разработки.

Системы разработки с короткими очистными забоями: камерная, камерно-столбовая, короткими столбами, подэтажными штреками. Отличительные особенности, условия применения, достоинства и недостатки. Системы разработки с разделением пласта на слои (слоевые системы разработки). Принципы деления пласта на слои: наклонные, горизонтальные, поперечно-наклонные. Порядок выемки слоев. Система разработки наклонными слоями и ее разновидности: с механизированной выемкой слоев на пологом падении; с закладкой выработанного пространства; с гибким металлическим перекрытием. Отличительные особенности, условия применения, достоинства и недостатки.

Подземная гидравлическая добыча угля. Принципиальная технологическая схема. Особенности вскрытия и подготовки пластов при гидромеханизации. Системы разработки.

8

2.2.Практические занятия

2.2.1.Расчет запасов и потерь в шахтном поле. Деление шахтного поля на части.

2.2.2.Расчет производственной мощности шахты, действующей линии очистных забоев по шахте.

2.2.3.Разбор схем вскрытия и подготовки пластовых месторождений.

2.2.4.Решение примера по выбору рациональной схемы вскрытия пластов в шахтном поле.

2.2.5.Разбор систем разработки пластов средней мощности полого

падения.

2.2.6.Технологические схемы очистных работ. Процессы и операции в очистных забоях.

2.2.7.Средства механизации очистных работ. Крепь очистных выработок.

2.2.8.Определение нагрузки на очистной забой и себестоимости добычи угля по очистному забою.

2.2.9.Разбор систем разработки мощных крутых пластов с обрушением и с закладкой выработанного пространства.

2.2.10.Определение параметров систем разработки.

2.3.Самостоятельная работа

Самостоятельная работа студентов заключается в изучении учебной и технической специальной литературы, выполнении контрольных работ и курсовых проектов, предусматриваемых программой.

2.4.Контрольные работы

Впроцессе обучения студенты выполняют три контрольных работы (по одной в семестр). Ниже представлены темы контрольных работ.

1. Расчет запасов, потерь, производственной мощности, срока службы и действующей линии очистных забоев шахты.

2.Обоснование системы разработки и определение основных параметров очистного забоя.

3.Выбор системы разработки для мощных пластов и определение

ееосновных параметров.

9

Контрольные работы № 1, 2 студент выполняет на основе данных табл. 1 соответственно своему варианту или заданий, согласованных с преподавателем. Вариант контрольных работ соответствует порядковому номеру студента в зачетной ведомости. Если таковой превышает число 25, то от него следует отнять n×25, где n =1, 2, … Контрольную работу № 3 студент выполняет на основе данных, полученных у преподавателя.

2.4.1. Контрольная работа № 1

Порядок выполнения работы:

-по заданным параметрам залегания месторождения полезного ископаемого и шахтного поля определяют его запасы и потери;

-с учетом факторов, определяющих производственную мощность шахты, определяют ее величину;

-исходя из величины промышленных запасов и принятой типовой величины производственной мощности рассчитывают срок службы шахты;

-определяют ориентировочный объем воздуха, необходимый для проветривания шахты, и целесообразность деления шахтного поля на блоки;

-осуществляют расчет действующей линии очистных забоев по шахте.

Характеристики шахтного поля: его размеры по простиранию (S) и падению (H), число пластов (n), расстояние между пластами (l) и запасы (Z). Размер по простиранию – расстояние между боковыми границами, по падению – расстояние между верхней и нижней границами. Расстояние между пластами измеряется по нормали от почвы до кровли соседних пластов.

Под запасами понимают количество полезного ископаемого в данном месторождении или отдельных его частях. Полные запасы называют геологическими и делят их на балансовые и забалансовые.