Разработка месторождений подземным способом

1. ГЕОТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЦТВА (підземна розробка родовищ)

Міністерство освіти і науки України
Державний вищий навчальний заклад
«НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Кафедра підземної розробки родовищ
ГЕОТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЦТВА
(ПІДЗЕМНА РОЗРОБКА РОДОВИЩ)
ЛЕКЦІЇ

2. 3. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ    

3. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ
3.1 Стадии разработки пластовых месторождений
Основные стадии разработки пластовых месторождений подземным способом :
- ВСКРЫТИЕ
- ПОДГОТОВКА
- ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ.
Вскрытие - проведение
горных выработок, обеспечивающих доступ с
поверхности к полезному ископаемому.
Выработки, проводимые на этой стадии, называют вскрывающими. Различают
основные и вспомогательные вскрывающие выработки.
Основные - шахтные стволы (вертикальные и наклонные), штольни.
Вспомогательные – квершлаги, гезенки, слепые стволы, скважины и шурфы.
Подготовка - проведение комплекса подготовительных выработок,
разделяющих шахтное поле на участки, удобные для выемки полезного
ископаемого.
Выработки, проводимые на этой стадии, называют подготовительными. К ним
относятся: штреки, бремсберги, уклоны, ходки и пр.
Очистные работы – работы по добыче полезного ископаемого, основная
стадия разработки месторождения.
Очистные выработки: лава и очистной забой.
2

3.

3.2. Общая характеристика вскрытия пластовых месторождений
При описании вскрытия пластовых месторождений принято различать способ и
схему вскрытия.
Способ вскрытия — качественная характеристика шахты, отражающая особенности
вида и взаимного расположения основных и вспомогательных выработок, проводимых в
период строительства и эксплуатации горного предприятия для создания доступа с
поверхности
земли
к
шахтному
полю
или
к
его
части.
Схема вскрытия – пространственное расположение сети основных и дополнительных
вскрывающих выработок в шахтном поле. Различают следующие схемы вскрытия:
3

4.

В зависимости от конкретных условий залегания и числа пластов способы
вскрытия шахтных полей различают по: типу главной вскрывающей выработки,
проходимой с поверхности, наличию и типу вспомогательных вскрывающих выработок.
4

5.

3.3 Одногоризонтные схемы вскрытия
Вскрытие пологих и наклонных пластов вертикальными стволами
Область применения. Угольные пласты с углами падения от 5 до 350 при любых
горно-геологических условиях. Размеры шахтного поля по простиранию и падению
зависят от принятого способа подготовки.
Схема вскрытия. Вскрытие угольных пластов на уровне откаточного горизонта
осуществляется вертикальными стволами и капитальными квершлагами.
Технология вскрытия. По середине шахтного поля проводят вертикальные
центрально-сдвоенные стволы 1 и 2. Сооружают выработки околоствольного двора. От
выработок околоствольного двора проводят откаточный и вентиляционный квершлаги
(3), которыми непосредственно вскрывают каждый из пластов.
Одногоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов:
являются простыми для реализации их исполнения;
имеют срок службы горизонта вскрытия равный сроку службы шахты;
не требуется углубка стволов в эксплуатационный период шахты
5

6.

3.4 Многогоризонтные схемы вскрытия
Вскрытие пологих и наклонных пластов
Область применения. Вскрытие пологих и наклонных пластов с углами падения от
5 до 350 и неограниченном размере шахтного поля по падению.
Схема вскрытия. Вскрытие угольных пластов на уровне откаточного горизонта
осуществляется вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами.
Технология вскрытия. При вскрытии шахтного поля первоначально главный 1 и
вспомогательный 2 стволы проводят до глубины первого откаточного горизонта,
сооружают околоствольный двор и вскрывают пласты квершлагом 3.
По мере отработки запасов первого горизонта параллельно с добычей полезного
ископаемого на шахте выполняют работы по углубке главного и вспомогательного ствола
на шаг вскрытия второго горизонта. Сооружают околоствольный двор второго горизонта,
проводят капитальный квершлаг второго горизонта, вскрывая пласты.
В дальнейшем, для последующих горизонтов, этот цикл работ повторяется.
6

7.

Вскрытие крутонаклонных и крутых пластов
Схема вскрытия. При крутом залегании свиты пластов вскрытие шахтного поля
производят вертикальными стволами и этажными квершлагами. При этом, стволы
располагают в центре шахтного поля, а чаще в породах лежачего бока, вне зоны влияния
очистных работ.
Технология вскрытия. Для всех пластов данной группы технология вскрытия
запасов шахтного поля остается аналогичной рассмотренной выше с углубкой стволов.
Первоначально главный 1 и вспомогательный 2 ствол проводят до глубины первого этажа,
сбивают их сбойкой для вентиляции, сооружают околоствольный двор и вскрывают пласты
капитальным квершлагом 3. По окончании отработки запасов на этаже приступают к
углубке вертикальных стволов. Данный цикл работ по углубке повторяется с частотой
равной высоте этажа, до тех пор, пока они не достигнут нижней технической границы
шахтного поля.
Этажи отрабатывают в нисходящем порядке. Каждый квершлаг служит один срок в
качестве откаточной выработки и второй - как вентиляционный.
7

8.

Вскрытие шахтных полей наклонными стволами
Область применения. Пласты с углами падения более 90 при высоте наносов до 50 м.
Шахтное поле с размерами по простиранию до 4-6 км и до 1,5 км по падению.
Схема вскрытия. Главный и вспомогательные наклонные стволы вскрывают пласт
приблизительно по центру шахтного поля.
Технология вскрытия. Главный и вспомогательный стволы проводят по нижнему
пласту свиты, реже по породам лежачего бока. Способ подготовки шахтного поля этажный. После вскрытия первого этажа производится его отработка. По мере отработки
запасов первого этажа осуществляют углубку стволов. Далее работы по отработке запасов
и углубке стволов повторяются.
Многогоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов:
имеют широкую область применения;
имеют срок службы горизонта менее срока службы шахты;
требуется углубка стволов в период эксплуатации шахты.
8

9.

3.5. Вскрытие шахтных полей штольнями
Область применения. Угольные пласты, залегающие в сильно пересеченной или
гористой местности, где применение вертикальных и наклонных стволов является
нецелесообразным.
Схема вскрытия. При центральном расположении главных вскрывающих выработок
капитальная и вспомогательная штольня делят шахтное поле на бремсберговую и
уклонную часть. Роль околоствольного ствола выполняет промышленная площадка,
расположенная возле устья ствола.
Технология вскрытия. Особое внимание уделяется месту заложения капитальной
штольни. Ее устьестье должно выходить в долину выше весенне-осеннего уровня
паводковых вод с учетом возможного подвода транспортных коммуникаций и размещения
промышленной площадки шахты. На площадке сооружают технические здания,
подъездные железнодорожные пути и шоссейные дороги.
При вскрытии свиты пластов штольня выполняет одновременно роль вскрывающего
квершлага. Дальнейшее проведение дополнительных вскрывающих выработок зависит от
принятого способа подготовки шахтного поля. Оно остается аналогичным выше
описанным схемам вскрытия вертикальными стволами.

10.

3.6 Факторы влияющие на выбор схемы вскрытия.
Способ и схема вскрытия шахтного поля зависят от множества горно-геологических и
экономических факторов.
Горно-геологические факторы: форма и размеры шахтного поля; глубина залегания
пластов; рельеф поверхности земли; производственная мощность шахты и срок ее
службы; применяемые горные машины; система разработки; способ подготовки шахтного
поля; схема вентиляции; мощность и угол падения пластов; число рабочих пластов и
расстояние между ними; газоносность пластов; геологические нарушения и др.
Экономические факторы: капитальные первоначальные затраты на вскрытие; срок
строительства вскрываемых горизонтов и др.
3.7. Подготовка шахтного поля. Общие сведения
Подготовка запасов полезного ископаемого в шахтном поле производится по системе,
которая характеризуется определенным порядком проведения подготовительных
выработок увязанный во времени и пространстве.
Основные подготовительные выработки при подготовке шахтного поля на угольных
месторождениях — главные и этажные штреки, капитальные и панельные бремсберги и
уклоны с ходками.
Вскрытые запасы делят на части, удобные для нарезки внутри них выемочных полей,
устанавливают очередность их подготовки и отработки определяют порядок ведения
очистных работ.
Система подготовки шахтного поля состоит из способа и схемы подготовки.
10

11.

Рисунок 3.9 - Классификация систем подготовки шахтных полей
11

12.

3.8 Этажный способ подготовки
Область применения. Этажный способ подготовки шахтного поля является наиболее
простым. Он применяется при размерах шахтного поля по простиранию до 4-5 км и
падению 1200-2000 м. Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) его рекомендуется
применять: - на пластах с углами падения свыше 18о;
- при любых горно-геологических условиях залегания угольных пластов, в том числе и на
пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа…
При наклонном залегании пластов шахтное поле
делится по падению на части, размером 800-1200 м. При
этом бремсберговая часть принимается больше уклонной
на один этаж.
Подготовка бремсберговой части производится
следующим образом. От вскрывающих квершлагов
проводят
коренные
штреки
(откаточный
и
вентиляционный), небольшой длины и сооружают
нижнюю приемно-отправительную площадку. От нее по
восстанию пласта проводят капитальный бремсберг 4 с
двумя параллельными ходками (грузовым 5 и
вентиляционным 6).
От этих главных наклонных выработок, в обе
стороны, проводят этажные откаточные 7 и
вентиляционные 8 штреки. При прямом порядке
отработки проводят разрезные печи 9 на расстоянии 4050 м от ходков, а при обратном у границ шахтного поля. 12

13.

Особенность
этажной
подготовки
крутонаклонных
и
крутых
пластов
заключается в отсутствии наклонных
подготовительных
выработок.
Пласты
вскрываются этажными квершлагами от
которых проводят этажные штреки. Часто
штреки проводят полевыми и группируют
на них несколько пластов. Отработка этажей
ведется, как правило, прямым ходом.
Достоинства этажного способа подготовки:
- малый объем подготовительных выработок по сравнению с панельной подготовкой;
- небольшие первоначальные капитальные затраты и быстрый ввод шахты в эксплуатацию;
- в работе находится одна наклонная транспортная выработка – бремсберг или уклон;
- отсутствует перепробег транспорта угля по этажным штрекам;
- возможность применения этого способа подготовки практически в любых горногеологических условиях.
Недостатки:
- большая длина поддержания этажных штреков;
- большие затраты на поддержание штреков и их ремонт;
- ограниченная длина линии очистных забоев в этаже;
- большие сложности в проведении штреков на всю длину крыла при обратном ходе
отработки этажа.
13

14.

3.9 Панельный способ подготовки
Область применения. Панельный способ подготовки шахтного поля обеспечивает
эффективность добычи угля при следующих горно-геологических условиях:
на тонких и средней мощности пластах с углами залегания от 10 до 18о;
в случае необходимости иметь высокую нагрузку на пласт;
при размерах шахтного поля по простиранию 5000-8000 м и по падению - 1500-3000 м.
Пласт в пределах шахтного поля делится по падению на горизонты, а они в свою
очередь бремсберговую и уклонную части размером 800-1200 м путём проведения
главных штреков – откаточного и вентиляционного. По простиранию шахтное поле
делится условными границами на панели размером 1500-3000 м.
Каждая панель обслуживается самостоятельным комплексом транспортных и
вентиляционных выработок – панельными бремсбергами или уклонами с ходками.
14

15.

Подготовка панелей осуществляется следующим образом. От вскрывших пласт
откаточного и вентиляционного квершлагов проводят главные откаточный и
вентиляционный штреки, около которых в центре панели сооружают нижнюю приемноотправительную площадку. Она обеспечивает прием и отправку грузов, идущих от
очистных и подготовительных забоев к стволам и обратно. Затем проводят панельный
бремсберг с ходками. При этом грузовой и вентиляционный ходки проводят на всю высоту
панели, а бремсберг до откаточного горизонта первого яруса.
Уклон с ходками проводят на длину первого яруса уклонной части шахтного поля. В
дальнейшем, при развитии горных работ, их углубляют.
Панель делят на ярусы, проводя от главных наклонных выработок ярусные
транспортные и вентиляционные штреки.
Достоинства панельного способа подготовки:
возможность применения полной конвейеризации транспортирования полезного
ископаемого в пределах панели;
увеличение линии очистных забоев за счет отработки сразу нескольких панелей;
Недостатки:
большее, чем при этажном способе подготовки, количество наклонных выработок;
большие затраты на транспорт полезного ископаемого, чем при этажной подготовке, за
счет перепробега груза;
большие первоначальные капитальные затраты на подготовку горизонта по сравнению
с этажной схемой.
15

16.

3.10 Погоризонтная подготовка шахтного поля
Область применения. Погоризонтный способ подготовки шахтного поля
рекомендуется применять при разработке тонких и средней мощности пластов с углами
падения до 10о. Отработка выемочных столбов производится лавами по падению или
восстанию прямым, обратным и комбинированным способами.
Подготовку пласта начинают с
проведения главных полевого 5 и
пластового 4 магистральных штреков
на величину, необходимую для
подготовки
первых
выемочных
столбов.
Как
правило,
на
транспортном и на вентиляционном
горизонтах
проводят
по
два
сдвоенных штрека 4,5 и 10 . При
применении колесного транспорта
эти штреки должны проводиться на
одном уровне. Один проводится
пластовым 4, а другой – полевым 5 в
почве пласта.
В большинстве случаев для подготовки уклонного горизонта проводят центральный
уклон 13 с ходком 14 и сооружают водоотливной комплекс 20. После этого проводят
сдвоенные дренажные штреки 15 и осуществляют подготовку выемочных столбов в
уклонном поле, которые будут отрабатываться обратным ходом. Проводят выемочный
уклон 16 и вентиляционный ходок 17, которые соединяют разрезной печью 9.

17.

В бремсберговой части шахтного поля рекомендуется применять прямой порядок
отработки выемочных полей (столбов). Это позволяет сократить первоначальный объёмов
проведения магистральных (главных) штреков и капитальные затраты на период пуска
шахты в эксплуатацию.
В уклонной части следует применять обратный порядок отработки выемочных
столбов. Главные штреки погашаются по мере отработки запасов.
Достоинства погоризонтного способа подготовки:
постоянная длина лавы в выемочном поле (столбе);
прямолинейность наклонных выемочных выработок, что важно при применении
конвейерного транспорта;
простота схем транспорта угля и вентиляции;
небольшой объём подготавливающих выработок и капитальные затраты на их
проведение;
при выемке по восстанию возможность отработки пластов с любыми водопритоками;
при выемке по падению снижение вероятности возникновения выбросов угля и газов;
короткий период подготовки пластов.
Недостатки:
большое количество наклонных подготовительных выработок, что затрудняет их
проведение и эксплуатацию;
ограниченная область применения (пласты с углами падения до 10о).
17

18.

3.11 Способ подготовки парными штреками
Область применения. Схему подготовки шахтных полей главными штреками
применяют при горизонтальном залегании (до 20) тонких и средней мощности пластах,
когда конфигурация шахтного поля представлена в виде сложной геометрической фигуры.
Такая форма шахтного поля свойственна пластовым месторождениям с частыми
размывами пластов, таким как Львовско-Волынский каменноугольный бассейн, залежи
бурого угля в Кировоградской области и др.
Сущность этой схемы подготовки
заключается в том, что через все
шахтное поле примерно в его середине
от главного 1 и вспомогательного 2
ствола
проводятся
главный
транспортный 3 и вентиляционные 4
штреки на удалении 100-150 м друг от
друга.От них проводятся транспортный
6 и вентиляционный треки, которые у
границы выемочного поля соединяют
разрезным штреком 7. Для переброски
вентиляционной струи на пересечении
главного транспортного штрека с вентиляционным выемочным штреком сооружают
кроссинг 8.
18

19.

Достоинства:
минимальный объём проведения подготовительных выработок;
возможность применения любого вида транспорта;
небольшие капитальные первоначальные затраты при прямом порядке отработки
шахтного поля;
быстрый ввод шахты (пласта) в эксплуатацию при прямом порядке отработке шахтного
поля.
Недостатком подготовки шахтного поля главными штреками является ограниченная
область применения по углу залегания пластов.
3.12 Системы разработки. Общие сведения
Системой разработки угольного месторождения называют установленный для
данных условий определенный порядок ведения очистных, нарезных и подготовительных
работ в пределах выемочного участка, увязанный в пространстве и времени.
Принятая для данных горно-геологических и горнотехнических условий система
разработки должна обеспечивать:
применение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов
при высокой степени интенсификации и концентрации горных работ;
исключение взаимного влияния подготовительных и очистных работ;
использование рациональных способов охраны и поддержания выработок;
возможность устройства аккумулирующих емкостей;
стабильность длины очистного забоя при переменных элементах залегания пласта;
обособленное разбавление выделяющегося газа по источникам его поступления;
возможность обнаружения мелкоамплитудных нарушений и уточнения данных
геологической разведки участка месторождения.
19

20.

3.13 Сплошная система разработки
Система разработки, при которой очистные работы в пределах этажа, выемочного поля, участка
или яруса ведут одновременно с проведением выемочных выработок, незначительно опережающих в
пространстве очистные забои, называется сплошной.
Условия применения. Сплошные системы разработки могут применяться при любом способе
подготовки шахтного поля. Областью применения сплошных систем считаются в основном тонкие
пласты и реже пласты средней мощности с любыми углами падения (особенно на больших глубинах),
пласты с боковыми породами склонными к пучению.
Сущность. Подготовка этажа к очистной
выемке начинается с проведения от капитального
(панельного)
бремсберга
или
уклона
транспортного и вентиляционного штреков в оба
крыла этажа (яруса) и сооружения приемных
площадок. На расстоянии 40-50 м от крайних
наклонных выработок на всю высоту этажа
(яруса) проводят разрезную печь, в которой
монтируется
забойное
оборудование
для
очистной выемки. По окончании монтажа
приступают к ведению очистных работ, в
результате чего забой лавы перемещается по
простиранию к границе шахтного поляпри
этажной подготовке или к границе панели при
панельной подготовке.
Этажный (ярусный) транспортный штрек проводят по мере подвигания лавы с опережением при
рельсовом транспорте на 150 – 200 м, которое необходимо для удобства маневренных работ, а также
для разведки пласта. Этажный (ярусный) вентиляционный штрек в большинстве случаев проводится
одним забоем с лавой.
20

21.

3.14 Столбовые системы разработки
Система разработки, при которой запасы полезного ископаемого в пределах этажа,
яруса, выемочного поля или участка до начала очистных работ полностью оконтурены
горными выработками, называется столбовой.
Условия применения. Столбовые системы разработки могут применяться при
любых способах подготовки шахтного поля но, в общем, на пологих пластах применяют
при панельной подготовке, а на пластах с углами падения до 100 – при погоризонтной.
Столбовые системы разработки имеют следующие отличительные признаки:
очистные и подготовительные работы разделены во времени и пространстве;
выемочные выработки поддерживаются в нетронутом массиве угля или в зоне
установившегося горного давления, и как правило, погашаются по мере подвигания
очистного забоя;
направление транспортирования по выработкам, примыкающим к лаве, и направление
движения отработанной струи воздуха по ним всегда совпадают с направлением
движения самой лавы.
Столбовые системы разработки характеризуются тем, что до начала ведения очистных
работ по пласту проводят выемочные выработки, которыми оконтуривают отдельные
участки, называемые столбами, и только после этого приступают к очистной выемке. При
этом выемочные участки отрабатываются обратным ходом.
Отработка пласта при столбовой системе может осуществляться как в направлении
линии падения (восстания) так и по простиранию.
При отработке по падению (восстанию), столбы подготавливаются путем проведения
наклонных выемочных выработок на всю высоту выемочной ступени горизонта между
главными штреками.
21

22.

Сущность. Подготовка яруса сводится к
устройству приемных площадок у бремсберга (уклона)
и проведению транспортного и вентиляционного
штреков до границ панели (этажа). На границе панели
проводят разрезную печь, монтируют в ней забойное
оборудование и начинают вести очистные работы в
направлении к бремсбергу или уклону, погашая
транспортный и вентиляционный штрек позади забоя
лавы.
Таким образом, выемочные штреки в их рабочей
части не попадают в зону интенсивного проявления
горного давления, а поддерживаются в нетронутом
массиве или же в зоне установивщегося горного
давления, что резко снижает затраты на их ремонт и
обеспечивает надежность работы транспорта на
участке.
Сущность. Встречается две разновидности этой системы
разработки – с выемкой одинарными и спаренными лавами.
При выемке одинарными лавами по восстанию и падению
выемочные поля подготавливаются путем проведения наклонных
выработок – транспортного и вентиляционного ходков на всю наклонную
высоту горизонта или выемочной ступени (до 1800 м). Столбы
отрабатываются лавами по восстанию или падению от разрезных печей,
пройденных на расстоянии 30 – 50 м от главных штреков.
22

23.

Достоинства:
хорошее состояние транспортных выемочных выработок и малые затраты на их
поддержание;
исключение взаимного влияния очистных и подготовительных работ, что позволят
эффективно использовать высокопроизводительную горную технику;
детальная разведка пласта в период подготовки столбов об условиях его залегания и
возможности своевременного выявления геологических нарушений;
погашение выемочных выработок производят по мере подвигания очистного забоя, что
позволяет регулярно и полно извлекать металлическую крепь;
отсутствуют утечки воздуха через выработанное пространство, что обеспечивает
нормальное проветривание лавы, и предупреждает возможность самовозгорания угля
в выработанном пространстве.
Недостатки:
большой объем проведения подготовительных выработок до начала ведения очистных
работ, что удлиняет сроки ввода лав в эксплуатацию, а при новом строительстве шахт
или подготовке нового горизонта вызывает значительные капитальные затраты;
сложность проветривания подготовительных выработок большой протяженности в
период их проведения;
ограничение нагрузки на очистной забой по газовому фактору, особенно на весьма
газоносных пластах;
подготовительные выработки поддерживаются как в период их проведения, так и во
время эксплуатации.
23

24.

3.15 Комбинированные системы разработки
Комбинированными - называются системы, содержащие в себе комбинации элементов
и признаков нескольких систем разработки.
Условия применения. Комбинированные системы разработки могут применяться
при любых способах подготовки, на пластах с любой газоносностью и опасностью
выбросов угля и газа.
Сущность.
Комбинированная
система
разработки парными штреками применяется при
панельной подготовке, реже при этажной.
Сущность системы заключается в том, что
нечетные ярусы (этажи) отрабатываются сплошной
системой, четные – длинными столбами. В первый
период выемку ведут в 1-м и 3-м ярусах по
сплошной системе разработки, благодаря чему при
подходе лав к границе панели во 2-м ярусе
оконтуривается длинный столб по простиранию.
На границе панели проводят разрезные печи в
столбах, которые отрабатывают обратным ходом,
т.е. по принципу длинных столбов. Одновременно
отрабатывают 5-й ярус сплошной системой и
поддерживают транспортный штрек 3-го яруса. В
следующий период отрабатывают по столбовой
системе 4-й и 6-й ярусы. Таким образом, в каждый
24
период в панели работают четыре лавы.

25.

Достоинства:
быстрый ввод очистных забоев в работу;
возможность одновременной отработки нескольких лав в крыле панели без взаимного
влияния очистных работ в смежных лавах на состояние выемочных выработок;
снижение объема проведения выемочных выработок;
на пластах опасных по внезапным выбросам угля и газа отпадает необходимость
проведения противовыбросных мероприятий концевых участков лав, отрабатываемых
обратным ходом.
Недостатки:
высокая трудоемкость поддержания штреков, особенно в период их повторного
использования;
при обратной выемке штреки на сопряжении с лавами испытывают большое горное
давление.
Литература: Технология подземной разработки пластовых месторождений
полезных ископаемых: Учебник для Вузов / Бондаренко В.И., Кузьменко А.М.,
Грядущий Ю.Б., Гайдук В.А., Колоколов О.В., Табаченко Н.М., Почепов В.Н. –
Днепропетровск, 2003. – 708 с.
25

26.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !
26