Многогоризонтное вскрытие пологих и наклонных пластов вертикальными стволами

Применяются следующие разновидности многогоризонтного вскрытия пологих и наклонных пластов вертикальными стволами в зависимости от наличия дополнительных вскрывающих выработок: вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах, погоризонтными и этажными квершлагами, слепыми стволами и др.

Сущность вскрытия вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах (рис.2.23) состоит в том, что при значительном удалении отдельных групп пластов в свите каждая из них вскрывается самостоятельным квершлагом с околоствольным двором. При этом возможна одновременная и последовательная разработка горизонтов. При последовательной разработке горизонтов стволы первоначально проходятся до уровня первого горизонта, а затем по мере его отработки углубляются до уровня 2-го горизонта.

При одновременной разработке горизонтов стволы сразу проходятся до отметки 2-го горизонта и на каждом из них сооружаются самостоятельные околоствольные дворы. В работе при этом одновременно находятся оба горизонта. Для их обслуживания необходимо оборудовать два самостоятельных подъема. При небольшой производственной мощности шахты оба подъема могут располагаться в одном стволе увеличенного сечения. Вспомогательный ствол в этом случае также может быть один, но он должен обслуживать два горизонта.

Рисунок 2.23 – Вскрытие свиты пластов вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах

Достоинства вскрытия пластов вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах:

- возможность достижения высокой концентрации работ (при последовательной разработке горизонтов);

- отсутствие дополнительных вскрывающих выработок;

- простота схем транспорта.

Недостатки вскрытия пластов вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах:

- сохраняются длинные бремсберги и уклоны со всеми их недостатками;

- сложный режим работы подъемов при одновременной работе горизонтов;

- при последовательной разработке горизонтов переход на новый горизонт часто требует смены и реконструкции подъемной машины.

Область применения вскрытия вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах:

- месторождение представлено свитой пластов, состоящей из двух групп на значительном удалении друг от друга (120 м и более);

- при реконструкции шахты, на которой вначале не предполагалось отрабатывать нижние пласты;

- угол падения пластов – 6-18⁰;

- размер шахтного поля по падению – до 2500 м.

Сущность вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами (рис.2.24) состоит в том, что шахтное поле по падению делится на 3-4 горизонта. Размер горизонта по падению не должен быть более 1000-1200 м, а его запасов для разработки должно хватать не менее чем на 15 лет. Стволы первоначально проходятся только до отметки первого откаточного горизонта, а пласты вскрываются откаточным квершлагом. По мере отработки запасов 1-го горизонта стволы заблаговременно углубляются до 2-го горизонта, а пласты вновь вскрываются откаточным квершлагом. При отработке пластов на второй погоризонтный квершлаг первый используется в качестве вентиляционного.

Рисунок 2.24 – Вскрытие свиты пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами

Достоинства вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами:

- отсутствие многоступенчатых уклонов;

- повышается пропускная способность бремсбергов и уклонов;

- уменьшается общая протяженность поддерживаемых выработок с соответствующим снижением расходов на поддержание;

- возможность оборудования каждого нового горизонта новой техникой, в результате чего шахта периодически «обновляется»;

- возможность отработки шахтных полей больших размеров по падению, а, следовательно, иметь шахты с большим сроком службы;

- улучшается проветривание шахты.

Недостатки вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами:

- сохраняются бремсберги и уклоны, усложняющие вспомогательный транспорт;

- необходимость периодических углубок стволов и оборудования новых подъемных горизонтов, что трудно осуществимо в условиях действующей шахты;

- увеличиваются капитальные затраты в связи с углубкой стволов и сооружением околоствольных дворов.

Область применения вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами:

- угол падения пластов – 8-18-20⁰;

- размер шахтного поля по падению – 2500-4000 м;

- производственная мощность шахты – 1,8 млн.т в год и более.

Схема вскрытия свиты пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами с околоствольными дворами, обслуживающими два горизонта, приведена на рис.2.25.

Рисунок 2.25 – Схема вскрытия свиты пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами с околоствольными дворами, обслуживающими два горизонта

Основными недостатками вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами с околоствольными дворами, обслуживающими два горизонта, является отработка нижнего горизонта как уклонного поля со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями (необходимость организации дополнительного водоотлива, сложность проветривания, организации вспомогательного транспорта и т.д.). Поэтому более прогрессивным следует считать вариант, при котором все горизонты, за исключением последнего, отрабатываются на соответствующие бремсберги.

Сущность многогоризонтного вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами (рис.2.26) заключается в том, что для вскрытия свиты пологих и наклонных пластов проходятся стволы до откаточного горизонта первого этажа и оборудуется два околоствольных двора – на откаточном и вентиляционном горизонтах. От стволов проходятся этажные квершлаги – откаточный и вентиляционный. В отличие от аналогичного одногоризонтного способа вскрытия, этажные квершлаги имеют здесь непосредственный выход к стволам. К моменту окончания выемки запасов 1-го этажа должен быть подготовлен второй этаж, для чего стволы углубляются до откаточного горизонта 2-го этажа, а пласты вновь вскрываются этажным квершлагом и т.д. При этом откаточные квершлаги и штреки первого этажа используются в качестве вентиляционных для второго этажа.

Рисунок 2.26 – Многогоризонтное вскрытие свиты пластов вертикальными стволами и этажными квершлагами

Достоинства многогоризонтного вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами:

- отсутствие капитальных бремсбергов и уклонов;

- бесступенчатость транспорта от участка до ствола;

- простая схема проветривания;

- небольшие первоначальные капитальные затраты и срок строительства шахты;

- периодическое обновление горного хозяйства шахты.

Недостатки многогоризонтного вскрытия пластов вертикальными стволами и этажными квершлагами:

- частая углубка стволов в условиях действующей шахты;

- большая длина этажных квершлагов, особенно на первых и последних этажах;

- необходимость сооружения и оборудования околоствольных дворов на каждом этаже;

- необходимость замены подъемных машин в связи с углубками стволов;

- одновременная работа двух – трех горизонтов;

- большие капитальные затраты за весь период работы шахты и небольшой срок службы горизонта.

Область применения многогоризонтного вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами:

- угол падения пластов – 20⁰ и более;

- большое число вскрываемых пластов;

- высокая угленасыщенность месторождения;

- размер шахтного поля по падению – 2500-4000 м;

- повышенная производственная мощность шахты (1,8 млн. т в год и более).

Многогоризонтное вскрытие свиты пластов вертикальными и слепыми стволами представлено на рис.2.27.

Достоинства многогоризонтного вскрытия вертикальными и слепыми стволами:

- небольшие затраты на поддержание выработок.

Недостатки многогоризонтного вскрытия вертикальными и слепыми стволами:

- большой объем выработок, проводимых по породе;

Рисунок 2.27 – Многогоризонтное вскрытие свиты пластов вертикальными и слепыми стволами

- многоступенчатость транспорта;

- значительный объем выработок около слепых стволов;

- сложность схемы и организации работы транспорта.

Область применения многогоризонтного вскрытия пластов вертикальными и слепыми стволами:

- большая угленасыщенность месторождения;

- сложная тектоника месторождения;

- неустойчивые боковые породы.

Вскрытие крутых пластов

Для вскрытия крутых пластов, как правило, используют многогоризонтные схемы с применением вертикальных стволов и этажных квершлагов. И только в порядке исключения применяют вскрытие наклонными стволами, пройденными по пласту угля (при небольших размерах шахтного поля по падению или отработке верхних горизонтов), и штольнями (при залегании пластов в гористой местности). При вскрытии крутых пластов вертикальными стволами и этажными квершлагами существует две разновидности: донецкий и немецкий способы.

При установлении вертикальной высоты этажа на крутом падении необходимо учитывать следующие противоречивые факторы: чем больше высота этажа, тем меньше будет проходиться квершлагов, околоствольных дворов, штреков и других выработок в пределах шахтного поля и, следовательно, сократятся расходы на их проведение и поддержание, отнесенные на 1 т добычи. Однако чрезмерное увеличение высоты этажа вызовет затруднения в передвижении людей по лаве, увеличит степень дробления угля, усложнит проветривание и т.д. Поэтому в соответствии с НТП при разработке тонких и средней мощности пластов вертикальная высота этажа принимается в пределах 120-130 м, а при разработке мощных пластов – не более 80-100 м.

Сущность Донецкого способа вскрытия (рис.2.28) заключается в том, что для вскрытия свиты крутых пластов стволы проходятся сразу до уровня откаточного горизонта 2-го этажа, а околоствольный двор и этажные квершлаги проводятся на уровне первого этажа. К моменту окончания выемки запасов первого этажа должен быть подготовлен 2-й этаж и т.д. При этом откаточные квершлаги и штреки первого этажа используются в качестве вентиляционных для второго этажа.

Рисунок 2.28 – Донецкий способ вскрытия крутых пластов

Сущность немецкого способа вскрытия (рис.2.29) состоит в уменьшении капитальных работ за счет увеличения вертикальной высоты этажей до 200 м с разделением их на подэтажи. Отдельные группы пластов разрабатываются при этом с проведением полевых штреков. По простиранию эти группы пластов делятся на участки-блоки, посредине каждого блока от полевого штрека проводится блоковый квершлаг, а от него – гезенк до вентиляционного горизонта. Для подготовки подэтажей от гезенков проходятся подэтажные квершлаги и штреки.

Рисунок 2.29 – Немецкий способ вскрытия крутых пластов

При немецком способе вскрытия сокращается количество углубок стволов со всеми вытекающими из него положительными моментами: уменьшается количество околоствольных дворов с большим объемом и сложной конфигурацией выработок, уменьшаются крупные капитальные работы по подготовке горизонтов и т.д. Однако при этом значительно увеличивается число других выработок, проводимых, в основном, по породе: гезенков, полевых штреков, блоковых и подэтажных квершлагов и штреков.

Для условий Донецкого бассейна более целесообразен донецкий способ вскрытия, так как в этом бассейне сравнительно простая тектоника и невысокая угленасыщенность месторождения.

Широкому применению немецкого способа в Рурском бассейне способствует создание промышленностью ФРГ высокопроизводительного серийного оборудования – винтовых углеспусков и малогабаритных клетевых подъемных установок.

При вскрытии мощных крутых пластов стволы проходятся в лежачем боку свиты (рис.2.30), а располагаются за пределами зоны сдвижения пород; закругления с квершлагов на вскрываемые пласты проводятся только по породе.

Рисунок 2.30 – Схема вскрытия мощных крутых пластов