Системы разработки курс лекций

5.СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

СКОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ

Под короткими очистными забоями понимаются очистные забои, в которых длина очистного забоя не превосходит 30 м. Как уже говорилось, сегодня нормы технологического проектирования ориентируют на преимущественное применение систем разработки с длинными очистными забоями, и только в тех случаях, когда применение систем разработки с длинными очистными забоями по какой-то причине невозможно, допускается применение систем разработки с короткими очистными забоями.

Короткие очистные забои могут называться по-разному: камеры, заходки, полосы, столбы и т.д.

5.1. Камерные системы разработки

Камерные системы разработки получили свое название от вида очистных забоев – камер. Суть камерных систем заключается в чередовании очистных забоев (камер) и междукамерных целиков. Камерные системы разработки применялись достаточно широко при разработке угольных месторождений, месторождений горючих сланцев, калийных месторождений. Камерные системы характеризуются сравнительно жестким поддержанием кровли пласта на междукамерных целиках, поэтому применяются они для охраны подрабатываемых объектов на земной поверхности и в толще пород.

5.1.1. Камерные системы разработки при разработке горючих сланцев

На месторождениях горючих сланцев в Ленинградской области и Эстонии камерные системы разработки применялись в тех случаях, когда требовалась охрана естественных или искусственных объектов на земной поверхности. Эти месторождения характеризуются горизонтальным залеганием пластов. Как всегда при горизонтальном залегании, применяется панельная подготовка шахтного поля. При этом подготовка пане-

121

лей осуществляется панельными откаточным и вентиляционным штреками, располагаемыми либо вдоль одной границы панели, либо на противоположных границах панели. На панелях, где применяются камерные системы разработки, ширина панели составляет 150–300 м.

На рис. 5.1 показан вариант камерной системы при расположении панельных штреков вдоль одной границы панели.

Рис. 5.1. Камерная система разработки горючих сланцев при расположении панельных штреков вдоль одной границы панели

На рисунке показаны уже отработанные очистные камеры 4 и камера, находящаяся в стадии отработки. Ширина камер aк на различных участках колеблется от 4 до 16 м. Ширина междукамерного целика bц составляет соответственно 3–10 м. Длина камеры определяется шириной панели Bп. Отработка камер осуществляется буровзрывным способом. Очистные работы в камере начинаются с проходки горловины шириной 2–3 м и длиной 3–5 м. После этого камера расширяется до проектной ширины.

Свежая струя воздуха поступает на участок по панельному откаточному штреку 1, а отработанная струя удаляется по

122

панельному вентиляционному штреку 2. Проветривание рабочих камер в течение всего периода отработки камеры осуществляется вентиляторами местного проветривания, устанавливаемыми на панельном откаточном штреке.

На рис. 5.1 показан прямой порядок отработки панели. Возможно применение этого варианта системы и при обратном порядке отработки панели.

Существенным недостатком этого варианта системы разработки является необходимость проветривания очистного забоя вентилятором местного проветривания. Значительно упрощается проветривание очистного забоя в варианте системы, показанном на рис. 5.2. Правда, этот вариант применим только в том случае, если панельные штреки пройдены на противоположных границах панели.

Рис. 5.2. Камерная система разработки горючих сланцев при расположении панельных штреков вдоль противоположных границ панели

В этом варианте системы разработки сначала по оси камеры на всю ширину панели (т.е. на всю длину камеры) проходится разрезной штрек 6. Разрезной штрек проходится с вентилятором местного проветривания, причем вентилятор должен

123

быть установлен перед отрабатываемой камерой 3 (по направлению движения свежей струи воздуха). После проведения разрезного штрека на всю длину камера расширяется до проектного сечения. При этом проветривание очистных работ осуществляется за счет общешахтной депрессии (рис. 5.2).

Для разработки пластов горючих сланцев применялась оригинальная камерная система разработки с очистными камерами шириной 36 м. Этот вариант системы разработки, показанный на рис. 5.3, применялся и применяется при проведении панельных штреков вдоль одной границы панели и разделении панели на столбы шириной 70–110 м.

Рис. 5.3. Система разработки камера-лава

Подготовка столба предусматривает проведение участкового откаточного штрека 6 и участкового вентиляционного штрека 7. Участковые штреки проходятся от панельных штреков (4 и 5) на всю ширину панели Bп. Очистные работы

124

в столбе ведутся в направлении к панельным штрекам и начинаются с проходки разрезного штрека 8. Разрезной штрек проходится по границе камеры. После проходки разрезного штрека на всю длину начинается очистная выемка. Она осуществляется, как в длинном очистном забое, в направлении от разрезного штрека к панельным штрекам. Очистные работы ведутся буровзрывным способом с креплением деревянной индивидуальной крепью. Когда ширина камеры aк достигает 36 м, очистные работы в камере прекращаются и переходят в новую камеру. Между камерами оставляется междукамерный целик

шириной bц 7 м.

Свежая струя воздуха поступает на участок по панельному откаточному штреку 4 и далее по участковому откаточному штреку 6 – в камеру. Исходящая струя из камеры выходит на участковый вентиляционный штрек 7 и удаляется по панельному вентиляционному штреку 5. Проведение участковых штреков и разрезных штреков осуществляется с применением вентиляторов местного проветривания.

Поскольку очистные работы в камере производятся аналогично работам в длинном очистном забое, данная система разработки горючих сланцев получила название системы разработки камера-лава. Ее применение позволяет сократить потери полезного ископаемого на 20–22 % по сравнению с рассмотренными выше вариантами камерной системы.

5.1.2.Камерная система разработки подэтажными штреками

Эта система разработки применялась для разработки мощных крутопадающих угольных пластов. Разработка мощных пластов всегда представляет большие трудности, и поэтому рассматриваемая система разработки долгое время была практически единственной, позволявшей разрабатывать пласты мощностью до 7 м. В настоящее время в связи с развитием щитовой системы разработки (она будет рассмотрена ниже) и в связи с развитием слоевых систем (которые будут рассмотрены в главе 7) применение камерной системы подэтажными штреками резко сократилось.

125

Поскольку при крутом падении пластов применяется только этажная схема подготовки шахтного поля и поскольку мощные пласты, как правило, опасны по самовозгоранию, для их разработки применяется полевая подготовка. Таким образом, камерная система разработки подэтажными штреками применяется при этажной подготовке шахтного поля с проведением полевых этажного откаточного и этажного вентиляционного штреков. Эта система разработки показана на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Камерная система разработки подэтажными штреками

Выемочное поле с полевых этажных штреков (4 и 5) вскрывается участковыми квершлагами: откаточным 6 и вентиляционным 7. От участковых квершлагов на всю длину выемочного поля проводятся участковый откаточный штрек 8 и участковый вентиляционный штрек 9. На участковом откаточном штреке монтируется скребковый конвейер.

Выемочное поле разделяется на блоки шириной 100–150 м (на рис. 5.4 выемочное поле разделено на три блока: 1, 2 и 3).

126

Между блоками оставляется целик шириной 5–10 м. Отработка выемочного поля обратная, блоки отрабатываются последовательно. На рис. 5.4 первый блок отработан, второй блок находится в работе, а третий в подготовке. Для подготовки блока на его границах на всю высоту этажа проводятся углеспускной скат 12 и вентиляционная печь 10. При мощности пласта более 6 м проводятся две вентиляционные печи: одна у кровли пласта, другая – у почвы. Между скатом и вентиляционной печью проводятся 1–2 промежуточных штрека, которые делят этаж на подэтажи. На рис. 5.4 показан один промежуточный штрек 11, и, соответственно, этаж разделен на два подэтажа: верхний и нижний. В промежуточных штреках монтируются скребковые конвейеры. В каждом подэтаже через 6–8 м по падению между скатом и вентиляционной печью проходятся подэтажные штреки (на рис. 5.4 в каждом подэтаже показаны три подэтажных штрека 13). В верхнем подэтаже от нижнего подэтажного штрека до промежуточного штрека 11 по осям будущих камер проходятся углеспускные печи. Аналогичные углеспускные печи 14 проводятся в нижнем подэтаже между нижним подэтажным штреком и участковым откаточным штреком 8.

Очистные работы осуществляются в камерах шириной 6–8 м, длина камер – от участкового вентиляционного штрека до нижнего подэтажного штрека в верхнем подэтаже

иот промежуточного штрека до нижнего подэтажного штрека в нижнем подэтаже. Очистная выемка в камерах осуществляется буровзрывным способом. Для этого из подэтажных штреков вверх по восстанию пласта в контуре камеры бурятся шпуры, заряжаются и взрываются. При этом вентиляционная печь 10

иподэтажные штреки играют роль компенсационных пространств (пустоты, которые служат для компенсации увеличения объема взорванного разрыхленного угля). Взрыв зарядов производится одновременно по всей длине камеры. Взорванный в камере уголь через углеспускные печи 14 выпускается на скребковый конвейер либо на промежуточном штреке (для камер верхнего подэтажа), либо на участковом откаточном штреке (для камер нижнего подэтажа). После выпуска угля из камеры камера изолируется перемычками, и начинается проходка

127

вентиляционной печи 15 в следующей камере. Длина проводимой вентиляционной печи равна длине камеры. Вентиляционная печь проходится с оставлением междукамерного целика шириной 2–4 м. На пластах мощностью более 6 м проводятся две вентиляционные печи: одна у кровли пласта, вторая – у почвы. Очистные работы верхнего подэтажа опережают очистные работы нижнего подэтажа на 1–2 камеры.

Добытый в камерах верхнего подэтажа уголь транспортируется скребковым конвейером по промежуточному штреку 11 до ската 12, перегружается на скребковый конвейер по участковому откаточному штреку 8 и далее транспортируется по участковому откаточному квершлагу 6 и полевому откаточному этажному штреку 4. Уголь, добытый в камерах нижнего подэтажа, скребковым конвейером транспортируется по участковому откаточному штреку 8 и далее по участковому откаточному квершлагу 6 и полевому откаточному этажному штреку 4.

Свежая струя воздуха поступает в выемочное поле по полевому откаточному этажному штреку 4 и участковому откаточному квершлагу 6. Далее свежая струя движется по участковому откаточному штреку 8 и скату 12 разрабатываемого блока. От ската свежая струя идет по подэтажным штрекам, проветривая рабочие места рабочих, занятых на бурении и заряжании шпуров. Исходящая струя движется по вентиляционным печам (3 и 15). Исходящая струя из нижнего подэтажа выходит на промежуточный штрек 11 и по нему идет до ската 12, где разбавляется до содержания метана не более 0,5 %. Исходящая струя из верхнего подэтажа выходит на участковый вентиляционный штрек 9 и по нему идет до участкового вентиляционного квершлага 7, где разбавляется струей со ската 12 до содержания метана не более 0,75 %. Проветривание очистных камер после взрыва осуществляется свежей струей с подэтажных штреков через взорванный уголь с выходом исходящей струи соответственно на промежуточный штрек 11 или на участковый вентиляционный штрек 9. Проветривание проводимых подготовительных выработок подготавливаемого блока и проводимых вентиляционных печей отрабатываемого блока осуществляется вентиляторами местного проветривания.

128

5.1.3. Камерная система разработки пластов на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей

Камерная система разработки является единственной системой на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей, разрабатывающей горизонтальные пласты. Она применяется независимо от того, какая схема подготовки (панельная или панельно-блоковая) используется на руднике. Применение камерной системы на месторождении обусловлено необходимостью обеспечения сохранности водозащитной толщи, которая предохраняет рудники от затопления, т.к. породы, залегающие выше соляной толщи, сильно обводнены.

На рудниках Верхней Камы применяется большое количество вариантов камерной системы, что вызвано существенными различиями в условиях залегания пластов и, главным образом, различной устойчивостью пород кровли пластов.

Очистные камеры, как правило, располагаются в меридиональном направлении. Такое расположение очистных камер определяется тем, что гипсометрия почвы пластов на месторождении весьма сложная и оси складок имеют направление, близкое к меридиональному. Расположение очистных камер в направлении, близком к направлению осей складок, значительно снижает разубоживание добываемой руды.

Основными параметрами камерной системы разработки на рудниках Верхней Камы являются ширина очистной камеры, высота очистной камеры, ширина междукамерного целика и длина камеры. Ширина камеры определяется устойчивостью пород кровли пласта и шириной исполнительного органа применяемого комбайна. По ширине очистные камеры делятся на одноходовые (ширина камеры равна ширине исполнительного органа комбайна) и многоходовые (ширина камеры больше ширины исполнительного органа комбайна). Многоходовые камеры могут отрабатываться с наложением ходов комбайна или без наложения ходов с оставлением междуходового целика. Максимальная ширина камеры на сильвинитовых пластах месторождения ограничена 16 м, а при разработке карналлитового пласта – 8 м.

129

Высота камеры определяется мощностью разрабатываемого пласта, высотой исполнительного органа комбайна, необходимостью прирезки коржей в кровле пласта или необходимостью оставления защитной пачки. По высоте очистные камеры на месторождении делятся на однослойные (высота камеры равна высоте исполнительного органа комбайна) и многослойные (высота камеры больше высоты исполнительного органа комбайна). Многослойные камеры отрабатываются с наложением ходов комбайна по высоте. При разработке карналлитового пласта высота камеры ограничивается 10 м.

Длина камеры при разработке пластов составляет около 200 м, что определяется канатоемкостью барабана самоходного вагона. Надо отметить, что принятая на месторождении длина камер не всегда является оптимальной. Как показывают расчеты, максимальная производительность комбайновых комплексов может достигаться при длине камеры, существенно отличающейся от 200 м.

Ширина междукамерного целика рассчитывается по действующей «Инструкции по предотвращению рудников от затопления…». Ширина междуходовых целиков не рассчитывается, а устанавливается: как правило, в пределах 0,7–1,2 м, в зависимости от высоты камеры.

В настоящее время при разработке сильвинитовых пластов применяется только механизированная выемка в очистных камерах, которая осуществляется механизированными комплексами в составе проходческо-очистного комбайна, бункераперегружателя и самоходного вагона. При разработке карналлитового пласта основным способом выемки является буровзрывной. В очень небольшом объеме при разработке карналлитового пласта применяется смешанный (буровзрывной и механизированный) способ выемки.

При разработке на панели (блоке) нескольких пластов правила требуют, чтобы очистные работы по верхнему пласту опережали очистные работы по нижнему пласту не менее чем на 50 м. Кроме того, должно быть соосное расположение очистных камер и подготовительных выработок на всех пластах.

130