Разработка угольных пластов открытым способом

Системы разработки угольных пластов

ЛЕКЦИЯ 4.5 СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

1 Выбор системы разработки в зависимости от горно – геологичеких условий.

Определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах разрабатываемой части шахтопаласта, увязанный в пространстве и времени называют системой разработки.

Рациональная система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечить безопасность ведения горных работ; высокий уровень технико-экономических показателей (наиболее высокий уровень производительности труда, минимальную себестоимость); иметь минимальные потери.

На выбор систем разработки оказывают влияние следующие факторы: форма залегания, строения, мощность и угол падения пласта; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и обводненность; склонность угля к самовозгоранию; склонность к горным ударам, внезапным выбросам; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ.

Разнообразие горно – геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их параметров:

Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность. С длинными очистными забоями (длина забоя более 20м) – сплошные, столбовые, комбинированные. С короткими очистными забоями (менее 20м) – столбовые, камерные.

2. С разделением пласта на слои – наклонные, горизонтальные, поперчно-наклонные.

2 Подготовительные работы при столбовой системе разработки.

В Росси наиболее распространенные системы разработки, дающие около 75% добычи угля, являются столбовые системы разработки с длинными очистными забоями.

Это такие системы разработки, при которых часть пласта до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, в результате чего образуются столбы – по простиранию, по падению (восстанию), диагональные столбы. Наиболее распространенной системой является система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (вариант лава-ярус). При этой системе нарезается столб угля длинной 1-3км, ширина столба – 100-300м.

Подготовка выемочных столбов заключается в проведении от бремсберга или уклона ярусных конвейерного и вентиляционного штреков до границ панели. На границе панели между этими штреками проводят разрезную печь, которую затем расширяют, образую монтажную камеру.

В монтажной камере монтируют механизированный комплекс и начинают отработку столба обратным ходом. В это же время ведется подготовка следующей лавы в нижележащем ярусе.

3 Система разработки длинными столбами по простиранию при охране выработок целиками угля.

откаточный штрек; конвейерный штрек; путевой бремсберг; панельный бремсберг; людской ходок; ярусный конвейерный штрек; ярусный вентиляционный штрек; очистной забой; разрезная печь; оставляемые целики угля.

Если подготовительные выработки охраняются целиками угля, то: между конвейерным штреком вышележащей лавы и вентиляционным штреком нижележащей лавы оставляют целики угля шириной 10 -30- 60м – в зависимости от горно — геологических условий. Эти целики остаются в отработанном пространстве. При таком способе значительно увеличиваются эксплуатационные потери, увеличивается пожароопасность от самовозгорания угля, повышается опасность газодинамических явлений, горных ударов, растет газообильность выемочных участков вследствие дренирования метана из целиков угля.

Поэтому целесообразно применение бесцеликовых систем отработки угольных пластов.

4 Система разработки длинными столбами по простиранию при бесцеликовой отработке.(1 способ)

откаточный штрек; конвейерный штрек; путевой бремсберг; панельный бремсберг; людской ходок; ярусный конвейерный штрек; ярусный вентиляционный штрек (сохраненный конвейерный); очистной забой; разрезная печь; сохраняемая выработка.

При бесцеликовой системе разработки, конвейерный штрек вышележащей лавы сохраняется и служит вентиляционным штреком для нижележащей лавы. Для этого в этом штреке устанавливается усиленная крепь, задача которой сохранить сечение выработки до конца отработки столба угля. Недостатки – большие затраты на поддержание сохраняемой выработки.

5 Система разработки длинными столбами по простиранию при бесцеликовой отработке.(2 способ)

откаточный штрек; конвейерный штрек; путевой бремсберг; панельный бремсберг; людской ходок; ярусный конвейерный штрек; ярусный вентиляционный штрек; очистной забой; разрезная печь; вынимаемые целики угля.

При втором способе бесцеликовой отработки, целики угля остаются после отработки вышележащей лавы и они отрабатываются нижележащей лавой.

При третьем способе бесцеликовой отработке выработки проводятся в присечку по выработанному пространству с отставанием от очистного забоя на 60-180м – в зависимости от условий. Присечка может быть с частичным сохранением старой выработки, полная присечка – когда выработка проводится по границе старой выработки и с оставлением полосы угля шириной 1-3м между старой выработкой и вновь проводимой. При проведении таких выработок предусматривается запас поперечного сечения выработки на усадку в пределах 500-700мм. Выработки крепятся усиленной крепью.

Уголь от очистного забоя транспортируется по конвейерному штреку, затем по бремсбергу до погрузочного пункта на откаточном штреке. Свежий воздух в очистной забой подают с откаточного штрека по ходкам и конвейерным штрекам. Исходящая струя по вентиляционному штреку поступает в ходки и далее на вентиляционный горизонт шахты или по шурфу на поверхность.

Применяют при любых углах падения на пластах средней мощности, а на пологих пластах при комплексно — механизированной выемке – до 5-7м. Преимущество – снижаются затраты на поддержание подготовительных выработок (по сравнению со сплошной системой), обеспечивается доразведка условий залегания пласта, независимое ведение подготовительных и очистных работ.

Недостатки – более поздний срок ввода в эксплуатацию выемочных полей и более сложная схема проветривания.

6 Сплошная система разработки.

При сплошной системе разработки очистные работы ведутся одновременно с с проведением подготовительных выработок. Чтобы начать очистные работы проводится бремсберги (1,2), откаточный штрек (5-транспортная выработка) и разрезная печь(10). Вентиляционный штрек -8 проводится вместе с очистным забоем или с небольшим опережением. Откаточный штрек и просек проводится с опережением от 50 до 200м. Выработки сохраняются в вырабатанном пространстве, для этого сооружают бутовые полосы или устанавливают усиленную крепь. Для проветривания свежая струя подается по откаточному штреку, проходит по лаве и исходящая струя удаляется по вентиляционному бремсбергу.

Преимущества: горные работы начинаются при минимальных подготовительных работах.

Недостатки: тесная взаимосвязь подготовительных работ с очистной выемкой; трудность поддержания выработок в выработанном пространстве. Отсутствие предварительной разведки пластов; большие утечки воздуха через выработанное пространство.

Применяется очень редко.

капитальный ходок; капитальный бремсберг; целики угля; печь; откаточный этажный штрек; просек; очистной забой; вентиляционный этажный штрек; бутовая полоса; разрезная печь;

7 Щитовая система разработки

промежуточный квершлаг; откаточный штрек; ходовая печь; углеспускная печь; специальная вентиляционная печь; вентиляционная печь (запасной выход); вентиляционный минусовой штрек; щит

Щитовая система разработки является разновидностью столбовой системы, применяется на крутопадающих пластах (55-900) мощностью до 8-10м. Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пласта на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щитовой крепи.

Подготовка выемочного поля заключается в проведении этажных откаточного и вентиляционного штреков от промежуточных квершлагов до его границ. Выемочное поле разделяют на выемочные щитовые столбы шириной 24-30м с оставлением между ними целика шириной 2м. Проводят углеспускные, вентиляционные и ходовые печи, входные сбойки и специальные вентиляционные печи. Расстояние между печами 6м.

Щитовое перекрытие монтируют в специальной монтажной камере (рассечке) на горизонте вентиляционного штрека. Щит изготавливается из металлических балок, поверх них – накат из бревен, или несколько накатов. Затем, для увеличения веса щита, на щит обрушают породу. Для проветривания очистного забоя после отбойки угля, когда нижние части печей заполнены углем, между первой и второй печами от выработанного пространства проводят специальную вентиляционную печь по восстанию пласта на 15-20м.

Выемка угля под щитовым перекрытием осуществляется буровзрывным способом. Обуриваются опорные целики под щитом, заряжается взрывчатка, производятся взрывание. Щит опускается и выдавливает отбитый уголь в углеспускную печь. Шаг посадки щита – 0,8-1,2м, т. е. за одно взрывание щит опускается на 0,8-1,2м.

Достоинства: отсутствие работ по креплению забоя и управлению кровлей; транспорт угля из — под щита – под действием своего веса.

Недостатки: значительные эксплуатационные потери, достигающие 25-30%; большой объем подготовительно – нарезных работ (40-45 м на 1000т добычи), забучивание печей, высокая пожароопасность.

В настоящее время наряду с щитовыми перекрытиями на крутых пластах применяются более прогрессивные механизированные щитовые комплексы.

8 Системы разработки при гидравлической добыче.

Сущность гидравлической добычи состоит в том, что очистная выемка ведется при помощи высоконапорной струи воды, выбрасываемой гидромониторами. Размытый уголь в виде пульпы самотеком поступает в приемные, аккумулирующие выработки – камеры углесосов, а уже углесосами перекачивается на поверхность, на обогатительную фабрику. Для обеспечения самотечного транспорта все транспортные выработки проводятся с уклоном не менее 0,05(примерно не менее 50) в сторону пульпоприемных выработок и стволов. Подготовительные выработки проводятся при помощи механогидравлических комбайнов.

9 Подготовительные работы при слоевых системах разработки мощных пластов.

Мощные пласты – это пласты угля мощностью более 3,5 м. Существует несколько способов отработки таких пластов. Основными из них являются: разработка пласта на полную мощность и с разделением мощного пласта на слои.

9.1 Разработка мощных угольных пластов на полную мощность

К ним относятся: столбовые системы разработки, щитовые системы разработки, камерные и камерно – столбовые системы разработки.

Столбовые системы разработки – это наиболее распространенные способы отработки мощных наклонных и пологих пластов. В настоящее время существуют механизированные комплексы, способные за один проход отрабатывать пласты угля мощностью до 7м. А вот пласты мощностью свыше 7м (до 10-12 м) отрабатываются также длинными столбами, но с выпуском подкровельной пачки угля. Для этого существуют такие механизированные комплексы, которые способны отрабатывать за один проход такие пласты угля (или слои) мощностью до 10 – 12м. Особенности конструкции таковы, что в верхнем ограждении механизированной крепи имеются люки, через которые происходит выпуск подкровельной (или межслоевой) пачки угля на забойный конвейер. Второй тип комплексов – с выпуском подкровельной (или межслоевой) пачки на завальный конвейер. У таких комплексов имеется второй – завальный конвейер, зачастую на завальном конвейере устанавливают струг. Подготовительные работы при такой системе разработки, такие же, как и при столбовых. В нижней части (по почве) мощного пласта нарезается лава мощностью обычно около 3м ( в принципе до 5-7м). Монтируется механизированный комплекс и начинаются очистные работы. Вынимается стружка угля комбайном на всю мощность механизированного комплекса. Затем открываются люки в верхнем перекрытии секций мехкрепи и через них выпускается уголь, который раздавливается под весом вышележащих пород. Если измельчение угля не происходит, то через люки в верхнем ограждении бурятся шпуры до кровли пласта и уголь измельчается взрывными работами. Затем происходит выпуск угля.

Если уголь выпускается на завальный конвейер, то в этом случае поднимается завальное перекрытие секции мехкрепи и уголь транспортируется этим конвейером.

Метод выпуска угля на забойный конвейер

Метод выпуска угля на завальный конвейер

Система разработки мощных пластов с выпуском межкровельной пачки угля на завальный конвейер

пласт угля; комбайн; секция мехкрепи; забойный конвейер; завльный конвейер; открывающееся ограждение; раздавленный уголь, выпускаемый на завальный конвейер

9.2 Разделение мощного пласта на слои.

При слоевых системах разработки мощный пласт делят на отдельные слои, удобные для разработки. Затем каждый слой отрабатывают как отдельный пласт угля, например длинными столбами с полным обрушением. Для примера рассмотрим, как отработать пологий пласт угля мощностью 10м. Пласт угля мощностью 10м(6-12м) можно отработать двумя слоями, если с полным обрушением, то выемку производят в нисходящем порядке. В верхней части пласта (в верхнем слое) нарезают лаву (как упоминалось выше, существуют комплексы для отработки пластов мощностью до 7м) мощностью обычно 3-5м. Отрабатывают её прямым ходом с полным обрушением пород кровли. Через 1-2 года, если обрушенные породы хорошо слеживаются, в нижней части пласта (нижнем слое), нарезают второй очистной забой. Для улучшения слеживаемости и профилактики пожаров производят проилование обрушенных пород и обработку почвы верхнего слоя антипирогенами. От верхнего слоя (от обрушенных пород) нижний слой отделяют пачкой угля мощностью 0,4 – 0,5 м. Если имеется прослоек породы, то слои разделяют этим прослойком. Под защитой этой пачки угля (или прослойка породы) производят отработку нижнего слоя, как отдельным очистным забоем. Недостаток – дополнительные потери угля и опасность возникновения пожара.

Система разработки с гибким перекрытием

комплекс в монтажном слое; гибкое перекрытие; межслоевая пачка угля; комплекс нижнего слоя

Пласт угля делят на два неравных по толщине слоя. Верхний – монтажный слой — обычно мощностью 2-3 м и нижний от 5 до 13м. В верхнем, монтажном слое монтируют механизированный комплекс и отрабатывают этот слой длинными столбами с полным обрушением кровли. На почву верхнего слоя стелят гибкое перекрытие, на которое обрушаются породы кровли. И под прикрытием гибкого перекрытия отрабатывают второй слой.

10 Подготовительные работы при нетиповых системах разработки. Бурошнековая выемка.

Бурошнековая выемка, угольные пилы, подземная газификация.

Если разработку угольных пластов в связи с особыми горно — геологическими условиями невозможно отработать при помощи механизированных комплексов (или щитовых систем, или камерным спосопом), то могут применяться так называемые нетиповые системы разработки. Они применяются: когда пласты сильно нарушены, имеют невыдержанную мощность, большую зольность, слабые породы в кровле или в почве и т. д.) К ним относятся: бурошнековая выемка, выемка при помощи угольных пил, подземная газификация углей и пр.

Применяется для выемки весьма тонких пластов и тонких. Под бурошнековым способом выемки понимают разработку пологих угольных пластов без крепления и присутствия людей в очистном забое. Выемка происходит путем последовательного бурения скважин диаметром, несколько меньшим мощности пласта, отделенных одна от другой угольными целиками, не извлекаемыми или извлекаемыми частично.

Нарезается столб угля шириной 100-300м. (как и при столбовой системе). Длина любая. Бурение может осуществляться с конвейерного штрека при одностороннем способе, с конвейерного и вентиляционного одновременно, навстречу друг другу. Также возможно выбуривание с конвейерного штрека в обе стороны. Диаметр буровых коронок может достигать 800мм и более.

Бурошнековая установка обычно имеет два буровых става, которые вращаются в разные стороны. За один проход бурения прямым ходом выбуривается две скважины диаметром по 800мм. Возможно бурение прямым ходом скважин меньшего диаметра, а при обратном ходе устанавливаются расширители и скважины разбуриваются до большего диаметра. Или при обратном ходе головка бурового инструмента поворачивается на угол 45-600 и при обратном ходе происходит расширение скважин.

Источник