Разработка месторождений полезных ископаемых

Дипломная работа
Содержание скрыть

Для повышения эффективности производства работники угольной отрасли сосредотачивают свои усилия на трех главных направлениях:

  • комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, которые создают предпосылки для выемки угля без постоянного присутствия людей в очистном забое, облегчают и улучшают условия труда, способствуют повышению производительности труда;
  • опережающее развитие добычи угля открытым способом, главным образом на Востоке страны;

— повышение производительности труда на основе широкого внедрения в производство достижений науки и техники, прогрессивной технологии, передового опыта, научной организации труда, развертывания социалистического соревнования, поиска и максимального использования резервов, а также систематического повышения общеобразовательного уровня и профессионального мастерства рабочих. В соответствии с программой курса рассматриваются вопросы разработки пластовых месторождений подземным способами во всем их многообразии — вскрытие, подготовка, системы разработки и технология очистных работ (Дается программа).

1. Горно-геологические условия залегания месторождений полезных ископаемых

Полезными ископаемыми называют природные минеральные вещества, которые добываются из недр земли для использования в народном хозяйстве.

Существуют различные классификации полезных ископаемых: по назначению, по генезису и т.п. По промышленному назначению их можно разделить на руды металлов (и металлы), топливо и нерудные месторождения.

Месторождение — это естественное скопление полезного ископаемого в земной коре.

Большое значение для разработки имеет форма месторождения. В зависимости от формы различают пластовые месторождения, жилы, штоки, гнезда и т.д. Из числа пластовых месторождений наибольшее распространение имеют угольные. Нередко они имеют значительное распространение по площади.

Угленосным районом называется часть бассейна, объединенная тектоническими особенностями и качеством углей, а иногда административно-хозяйственными особенностями.

Бассейн — это площадь непрерывного залегания угленосных отложений.

Границы месторождения определяются условиями залегания ПИ. При негоризонтальном залегании границами угольных месторождений могут быть: по восстанию — выход пластов под наносы, по падению — границы разведанности, по простиранию — выклинивания пласта, крупные геологические нарушения и т.д.

7 стр., 3479 слов

Особенности разработки газовых месторождений. Классификация месторождений ...

... основы и накоплена огромная практика разработки газовых и газоконденсатных месторождений. Разнообразнейшие условия залегания продуктивных отложений, большая разбросанность газовых и газоконденсатных месторождений по территориям с различными ... Еще задолго до выделения газовой промышленности в самостоятельную отрасль в стране формировался научный подход к добыче газа трудами И.Н. Стрижова, И.Е. ...

Месторождение называется промышленным, если целесообразность его разработки обоснована экономически и имеет народнохозяйственное значение в настоящее время или в будущем. В противном случае оно не промышленное.

Крупные месторождения обычно разрабатываются несколькими шахтами.

1.1 Краткая характеристика угольных месторождений

Численность занятого в отрасли персонала составляет 328 тыс. человек. При этом с 1994 по 2001 г.г. были уволены около 107,6 тысячи работников. Сегодня действуют 113 шахт и 128 разрезов, а также 40 обогатительных предприятий.

Донбасс — наиболее развит и поставляет 1/3 добываемых в СНГ углей. Там имеются угли всех марок, необходимых для промышленности. В бассейне залегает около 150 пластов с мощностью от 0,5 до 2,0 м, разрабатываемых на глубине 300-1200 м. Газоносность пластов высокая, в отдельных районах Донбасса пласты подвержены внезапным выбросам угля и газа. Вмещающие породы средней и ниже средней крепости. Водоносность незначительная. Залегание пластов от пологого до крутого.

Кузбасс — самые большие запасы углей всех марок и высокого качества. По добыче на II месте после Донбасса. Мощность пластов 1-I6 м. углы падения разные. Боковые породы крепкие и средней крепости. Разработка ведется как подземным, так и открытым способами. Глубина шахт 300-500 м. Угли в основном идут на удовлетворение потребностей Урала и Сибири.

Карагандинский угольный бассейн — Ш место по добыче. По горно-геологическим условиям разработки сходен с Донбассом. Но здесь преобладают пологие пласты ( до 18°) m = 2-8 м. Глубина разработки до 500 м. Значительная часть углей пригодна для коксования и направляется на Урал и предприятия Казахстана.

Печорский бассейн расположен на севере европейской части России и характерен пластами средней мощности m =1,2-3,5 м высококачественного коксующегося угля. Уголь идет в основном на удовлетворение нужд промышленности северных районов.

Подмосковный бассейн — горизонтально залегающие пласты, сильно обводнены, вмещающие породы ниже средней устойчивости, m -I.5-3,5, H 5-100 м.

Львовско -Волынский бассейн — такие же пласты, что и в Подмосковье, m 0,7-1,5 м, Н = 300 м.

Оба бассейна имеют местное значение, их уголь идет на удовлетворение нужд прилегающих районов.

На Урале — Кизеловский угольный бассейн — различные , m =0,7-4 м, кокcующийся уголь, сильно обводненные пласты. Запасы кончаются. Практически закрыт.

  • Челябинский бассейн — бурые угли для энергетических целей, мощные пологие пласты. Вмещающие породы ниже средней устойчивости.

В Средней Азии ряд месторождений с мощными пластами разрабатываются для нужд энергетики. Экибастузское месторождение в Казахстане m до 140 м.

Дальний Восток (Буреинское, Сучанское, Артемовское и О.Сахалин), эти месторождения эксплуатируются для удовлетворения нужд промышленности Восточных районов.

В связи со строительством БАМа большое развитие получает добыча угля в Южно-Якутском и Канско-Ачинском бассейнах.

Большие запасы угля, в т.ч. и для коксования сосредоточены в еще не освоенных Тунгусском, Таймырском и Ленском бассейнах.

24 стр., 11868 слов

Характеристика продуктивного пласта АС11 в Фроловской нефтегазоносной области

... разработки месторождения с позиций промышленной освоенности региона, особенностей обустройства месторождения, климатических условий в настоящее время нет. Северо-Салымское месторождение ... тектоническом строении района. Было выявлено Салымское куполовидное поднятие (КП), осложненное более ... расширения площади нефтеносности основных промышленных пластов и определения перспектив глубокозалегающих ...

1.2 Краткая характеристика рудных месторождений

Рудные месторождения, в отличие от угольных, характеризуются большим многообразием форм залегания. Они делятся на пластовые и пластообразные, жильные, и ма с сивные.

Из отечественных рудных месторождений к типичным пластовым можно отнести Джезказганское медное, Миргалимсайское свинцовое, Никополь-Марганцевое и Чиатурское месторождения. Типичными пластообразными рудными телами представлено большинство месторождений Криворожского бассейна.

Жильные месторождения имеют мощность от 10-20 см до 2-5 м. Угол падения и мощность жильных месторождений могут резко меняться даже в пределах одного рудного тела.

Наиболее крупными рудниками, разрабатывающими жильные месторождения, являются золотые рудники Магаданской области, Якутской АССР, оловянные рудники Приморья, полиметаллические рудники Северного Кавказа, золотые, оловянные и вольфрамо-молибденовые рудники Забайкалья.

Массивные месторождения имеют мощность более 5 м. Эти месторождения иногда имеют форму правильных линз и столбов, но часто их форма бывает очень сложной и неправильной и обычно такие месторождения не имеют четко выраженных границ с окружающими породами. К массивным относятся некоторые месторождения (железорудные) Кривого Рога, Урала и Горной Шории, меднорудные месторождения Урала, полиметаллические — Алтая, молибденовые — Северного Кавказа.

Рудные, как и угольные месторождения, могут быть простыми и сло ж ными.

Простые представлены одним пластом или одним рудным телом.

Сложные — свита пластов, жил или параллельных залежей и т.д.

1.3 Способы разработки МПИ

Способ разработки — это совокупность всех производственных процессов, осуществляемых на данном горном предприятии.

При каждом способе разработки, в зависимости от конкретных геологических условий и уровня развития механизации горных работ, наибольшая эффективность добычи достигается применением наиболее оптимальных способов вскрытия, подготовки и систем разработки.

1.4 Основные принципы подземной разработки месторождений

При подземной разработке необходимо выполнять следующие специфические для нее принципы:

1. Минимальное распространение процессов деформаций и разрушений в породах, покрывающих и подстилающих толщ.

2. Ведение горных работ всегда под «свежей кровлей» — «золотое правило» подземной разработки.

3. Планомерное управление обрушением вмещающих пород (управление кровлей).

4. Предупреждение аварий:

  • а) прорывов воды, газов, нефти из подземных и поверхностных источников и старых выработок;
  • б) взрывов газа и пыли;
  • в) горных ударов и внезапных выбросов;
  • г) эндогенных пожаров и т.д.

5. Минимальное разубоживание ПИ.

6. Обеспечение безопасности труда и создание необходимых санитарно-гигиенических условий (профилактика проф.вредностей, обеспечение нормальной температуры, влажности, запыленности и т.д.).

Выполнение этих принципов подземной разработки, для конкретных геологических условий и конкретных комплексов природных процессов в данном горном массиве, требует в первую очередь применения соответствующих систем разработки и способов управления горным давлением, а точнее: выбора правильных способов управления физическими процессами в данных конкретных условиях.

6 стр., 2966 слов

Джебарики хаинское месторождение

... промышленных запасов угля по пласту «Верхний» шахтного поля №3 шахты «Джебарики-Хая». Марка угля Балансовые запасы, тыс.т угля Проектные общешахтные потери в постоянных целиках, тыс.т Потери у ... до 30м. Возраст датируется плейстоценом. 1.2. Тектоника Угленосные образования Джебарики-Хаиского месторождения в пределах Томпонской впадины слагают пологую брахисинклинальную складку северо-восточного ...

2. Горные предприятия. Запасы и потери полезного ископаемого

2.1 Горные предприятия

Горное предприятие — это промышленное предприятие, на котором ведется разработка месторождений полезных ископаемых.

Горное предприятие, предназначенное для добывания угля (или сланца) подземным способом, называют шахтой. В понятие шахты как самостоятельной производственно-хозяйственной единицы включаются наземные сооружения и совокупность подземных горных выработок.

Несколько шахт, имеющих единый технологический комплекс на поверхности для приема, переработки и отправки угля, образуют рудник.

По относительной метанообильности, т.е. по выделению метана на I т среднесуточной добычи шахты делятся на 5 категорий:

I категория — выделение метана до 5 м3 /т

II категория — -«- от 5 до 10 м3/т

III категория — выделение метана от 10 до 15 м3/т

Сверхкатегорные — -«- 15 м 3 /т и более

Имеются шахты, опасные по внезапным выбросам угля и газа;

  • шахты с выбросами породы.

Имеются и негазовые шахты, а также шахты» в которых выделяется углекислый газ (например. Подмосковный бассейн).

В зависимости от размеров месторождения для его разработки может быть построено несколько шахт. В этом случае месторождение делят на части.

Часть месторождения, отведенная для разработки одной шахты, называется шах т ным полем.

Между соседними шахтными полями обычно оставляют барьерные целики. Они предохраняют горные работы от прорыва воды и газов из отработанной шахты.

Границами шахтного поля являются ограничивающие его вертикальные и горизонтальные поверхности. В случае негоризонтального залегания пластов обычно различают границы ш.п. по восстанию (верхняя граница) по падению (нижняя граница) и по простиранию (боковые границы).

1 — линия выклинивания (граница месторождения по простираний)

2 — сброс ( граница по простиранию)

3 — техническая граница месторождения по восстанию

4 — граница разведанности (граница по падению)

5 — барьерные целики

При разделении месторождения на шахтные поля им по возможности придают форму прямоугольникам, вытянутого по простиранию. В этом случае размеры шахтного поля определяются на основании технико-экономических расчетов»

При невыдержанных элементах залегания и наличии крупных нарушений, при необходимости оставлять целики под водоемами и сооружениями шахтные поля могут иметь самую различную конфигурацию.

Шахтное поле имеет 2 размера:

  • S — длину по простиранию — 6-10 до 12-20 км;
  • H — длину по падению — 4-5 км.

На чертежах и маркшейдерских планах шахтные поля со всеми расположенными в их пределах выработками изображают при пологом и наклонном падении пластов как проекции на горизонтальную плоскость, а при крутом падении — только на вертикальную плоскость.

17 стр., 8046 слов

Разработка шахтного поля

... схема вскрытия шахтных полей: 1 -- главный ствол; 2--вспомогательный ствол; 3 -- капитальный штрек; 4 --капитальный квершлаг. Вскрытие свиты пластов при одном транспортном горизонте требует передачи на него угля из ... 0,91) * 100% =9%. Проектную мощность и срок службы шахты: Проектная мощность шахты А = 3 млн. т/год (годовая мощность). , Потери составляют k = 9 %. , Балансовые запасы Zб = 131,38664 ...

Кроме этих проекций дается разрез шахтного поля вкрест простирания пластов. Пласты угля здесь наносят с соблюдением их истинного угла падения.

Часть шахтного поля, расположенная по одну сторону от главного ствола, называется крылом шахты. В зависимости от места заложения ствола шахтные поля могут быть двукрылыми и однокрылыми.

2.2. Запасы и потери угля

Запасами называют полное количество полезного ископаемого в данном месторождении или его отдельных частях. В зависимости от мощности и условий залегания пласта, а также качества угля различают балансовые и забалансовые запасы полезного ископаемого

Балансовые — по качеству ПИ удовлетворяют требованиям (кондициям) их промышленного использования и при современном уровне техники и экономики пригодны для добывания.

Забалансовые — не удовлетворяют этим требованиям и поэтому их использование в настоящее время нецелесообразно. Но их можно рассматривать как объект промышленного освоения в дальнейшем с развитием и совершенствованием техники добычи, обогащения и использования.

При разработке месторождения, отработке шахтного поля не все балансовые запасы могут быть выданы на поверхность. Часть из них остается в недрах и составляет потери. Та часть балансовых запасов, которая может быть выдана на поверхность за вычетом потерь называется промышленными запасами.

Потери полезного ископаемого принято разделять на 3 группы;

  • I. Общешахтные.

2. Связанные с геологическими нарушениями.

3. Эксплуатационные.

Или на 2 группы — по площади и по мощности.

1. Общешахтные потери — в охранных целиках под зданиями и сооружениями, водоемами и другими поверхностными сооружениями, а также, в барьерных целиках, предназначенных для отделения шахтных полей и некоторых их участков друг от друга. Размеры этих потерь не связаны с применяемой системой разработки.

Потери угля в барьерных целиках. Эти целики работают на сжатие под влиянием веса пород покрывающей толщи и на сдвиг под влиянием напора воды, скопившейся в старых выработках. Их размеры можно посчитать по методу, предложенному В.Д.Слесаревым или с помощью эмпирических формул.

Эти потери нецелесообразно включать в потери одной из шахт.

Потери угля в охранных целиках. Эти целики оставляются под поверхностными сооружениями, водоемами и т.д. Их размеры определяются на основании правил охраны сооружений от вредного влияния горных работ. Ориентированно размеры этих потерь можно принимать 0,5-2% при пологих пластах и I,5—4% при крутых от балансовых запасов.

2. Потери, связанные с геологическими нарушениями определяются характером и числом нарушений, их ориентированием в шахтном поле, глубиной разработки и т.д.

3. Эксплуатационные потери. Они связаны с применением систем разработки и технологией очистных работ. К этим потерям относятся: невын и маемые части целиков у подготовительных выработок, в очистном пространстве и на границах выемочных участков (их называют потерями по площади).

22 стр., 10960 слов

Работа в шахтном поле

... вскрытия шахтного поля - вертикальными стволами. вертикальными стволами Область применения вскрытия вертикальными стволами: Достоинства: 1. Большая площадь сечения, 2. Относительно небольшая протяженность от поверхности до пласта, 3. Небольшие затраты для поддержания выработки. ... запасы подразделяются на промышленные и потери, т.е. Z бал = Zпр ... технико-экономические показатели работы шахты. ...

Определяются они расчетом после определения размеров целиков; пачки угля , оставляемые в почве или кровле, или между слоями угля (потери по мощности зависят от строения пласта и технологии работ).

К эксплуатационным относятся и потери от неправильного ведения горных работ (целики вследствие завалов и т.д.), от подземных пожаров, выбросов, а также потери при транспортировании, погрузке и перегрузке ПИ (принимаются около 0,5% от балансовых запасов).

Часть балансовых запасов, которые могут быть выданы на поверхность при разработке шахтного поля называются промышленными запасами. Они равны балансовым за вычетом потерь.

Количество ПИ, добываемого из месторождения, оценивается коэфф и циентом извлечения, который показывает какую часть балансовых запасов добывают, т.е. выдают на поверхность.

При ориентировочных расчетах с достаточной степенью точности этот коэффициент (С) можно принимать равным:

  • для тонких пластов — 0,92-0,90;
  • для пластов средней мощности — 0,88-0,85;
  • для мощных пологих пластов — 0,85-0,82;
  • для мощных крутых пластов — 0,80-0,75. При известных размерах шахтного поля промышленные запасы можно ориентировочно подсчитать по формуле:

где

Q — промышленные запасы ш.п., т ;

S — размер ш.п. по простиранию, м ;

H — размер ш.п. по падению, м ;

m — мощность пласта, м ;

  • средняя плотность угля, т/м 3 (1,2-1,6);

С — коэффициент извлечения.

Если в ш.п. несколько пластов, то запасы по ним суммируются.

3. Основн ые параметры горных предприятий

Основными параметрами шахт являются производственная мощность, срок службы и размеры шахтных полей. Эти параметры неразрывно связаны между собой. Их нужно тщательно определять, так как они во многом определяют всю экономику угледобычи.

3.1 Производственная мощность и срок службы шахты

Производственная мощность шахты (А) — это количество ПИ в тоннах, добываемого в единицу времени (сутки, год), при полном использовании производственного оборудования и фронта очистных работ.

Срок службы (Т) — время в годах, в течение которого будут выниматься промышленные запасы.

Между этими параметрами существует зависимость:

3.2 Стадии разработки шахтных полей

Чтобы приступить к добыче ПИ необходимо произвести вскрытие и подготовку шахтного поля.

Вскрытие ш.п. — обеспечение доступа с поверхности земли к месторождению путем проведения горных выработок, с целью создания условий для подготовки и отработки запасов ПИ.

Главная цель вскрытия — создание транспортных связей между очистными забоями и пунктами приема ПИ на поверхности, обеспечение условий для безопасного перемещения людей и создание комфортных условий на рабочем месте.

Вскрывающие выработки делятся на главные, имеющие выход на земную поверхность (стволы, штольни) и вспомогательные, не имеющие выхода на земную поверхность (квершлаги, гезенки и т.д.).

Подготовка ш.п. — это определенный порядок проведения подготовительных выработок после вскрытия ш.п., обеспечивающий ведение очистной выемки.

4 стр., 1761 слов

Вскрытие и подготовка шахтных полей

... целиков по бокам ствола. Выше рассматривались способы вскрытия отдельных шахтных полей. В условиях ... квершлаги проводятся на горизонте вскрытием центральным стволом с капитальным квершлагом Рисунок 5. Вскрытие свиты пологих пластов центральным стволом с квершлагами: а – с капитальным квершлагом, б – с этажными квершлагами; в – комбинированный способ, г – с наклонным квершлагом, 1 ствол, ...

Очистная выемка — комплекс работ по извлечению (добыче) ПИ из очистного забоя. Фронт очистных работ перемещается, сокращается. Для его воспроизводства необходима непрерывная подготовка -проведение подготовительных и нарезных работ.

Совокупность работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке и есть разработка месторождений ПИ. В соответствии с «Основами законодательства РФ» при разработке месторождений полезных ископаемых должно быть обеспечено:

1) применение рациональных и эффективных методов добычи, недопущение сверхнормативных потерь;

2) доразведка месторождения;

3) учет состояния и движения запасов;

4) недопущение порчи соседних месторождений и сохранение консервируемых запасов;

5) сохранение и учет добываемых и не используемых ПИ, а также отходов, содержащих полезные компоненты;

6) безопасность рабочих шахты и населения, охрана недр и окружающей среды, зданий.

4. Способы подготовки шахтных полей

Для удобства разработки ш.п., как правило, делится на более мелкие части. Так, например, при разработке пологих пластов ш.п. по падений делится на две, три и даже четыре примерно равные части (ступени или горизонты).

Размеры этих частей не превышают 1000-1200 м. Границей между горизонтами является главный откаточный штрек и верхняя или нижняя граница ш.п.

Часть ш.п., расположенная выше главного откаточного штрека, обслуживается бремсбергом и называется бремсберговым полем, а расположенная ниже главного откаточного штрека — уклонным полем. Чаще всего каждый из горизонтов, в зависимости от геологических, технических и экономических факторов, делят на этажи, блоки или столбы по падению (восстанию) пласта. В зависимости от этого различают два основных способа подготовки ш.п.: этажный и панельный и, как их разновидности, блоковый и погоризон т ный.

5. Вскрытие шахтных полей

5.1 Классификация. Требования к оптимальному способу вскрытия

Многообразные способы вскрытия пластовых месторождений классифицируются по различным признакам:

  • по типу основных вскрывающих выработок;
  • по ориентированию основных вскрывающих выработок в пространстве;
  • по типу и расположению вспомогательных вскрывающих выработок;
  • по числу подъемных горизонтов и т.д.

При вскрытии свиты пластов применяются раздельные (каждый пласт вскрывается отдельно), со в местные и комбинированные способы вскрытия.

По условиям залегания различают способы вскрытия горизонтальных, пологих, крутых, наклонных пластов и пластов с изменяющимися углами падения.

По типу основных вскрывающих выработок различают:

  • вскрытие штольнями,
  • вскрытие стволами,
  • комбинированные.

Способы вскрытия стволами делятся на три группы:

  • вертикальными стволами,
  • наклонными стволами,
  • комбинированные.

Широко применяются на практике классификация способов вскрытия по сочетанию основных и вспомогательных вскрывающих выработок. К вспомогательным относятся квершлаги, гезенки, иногда слепые стволы.

10 стр., 4816 слов

Вскрытие месторождения полезного ископаемого

... выработок, например вертикальных и наклонных стволов (комбинированный способ вскрытия). Наклонный ствол в этом случае используется для конвейерного транспорта полезного ископаемого на поверхность, а вертикальный -- для вспомогательных целей. Вскрытие для открытой разработки месторождений ...

Гезенки применяются при горизонтальном и весьма пологом залегании пласта, а с увеличением угла падения они заменяются квершлагами.

По числу горизонтов, с которых ведется подъем ПИ, различают одногоризонтные и многогоризонтные способы вскрытия.

На выбор оптимального способа вскрытия влияют горно-геологические и горнотехнические факторы.

Горно-геологические: число пластов в свите, углы падения пластов и их изменения, свойства и мощность вмещающих пород, мощность наносов, водоносные горизонты и плывуны, тектоника! месторождения, газоносность пластов, глубина залегания, рельеф местности и т.д.

Горнотехнические: уровень развития горной техники, размеры т.п., производственная мощность и срок службы шахты и т.д.

Требования к оптимальному способу вскрытия для конкретных условий:

  • минимальные капитальные вложения на вскрытие месторождения,
  • минимальные эксплуатационные расходы (подъем, транспорт, поддержание выработок, водоотлив, проветривание),
  • минимальный срок ввода, шахты в эксплуатацию,
  • оптимальные технические решения (однотипность транспорта, эффективное и надежное проветривание, максимальная концентрация горных работ),
  • максимальное извлечение ПИ.

5.2 Взаимное расположение стволов в шахтном поле

Правильный выбор места заложения стволов в ш.п. является одним из основных факторов, т.к. от этого зависят суммарная длина главных выработок (стоимость их проведения и поддержания), расходы на транспорт груза и проветривание выработок, потери ПИ в охранных целиках около стволов.

Место заложения стволов определяется принятым способом. вскрытия и корректируется в соответствии с рельефом местности, свойствами пересекаемых пород, наличием старых горных выработок и геологических нарушений.

Главный ствол (воздухоподающий) может быть расположен у верхней границы ш.п., у нижней границы или в любом другом месте по падению пласта, например, в центре ш.п.

Шахтное поле делится на две равные части — бремсберговую и уклонную.

И по простиранию расположение главного ствола целесообразнее в центре ш.п., т.е. два равных крыла.

Взаимное расположение главного и вспомогательного ствола может быть:

а) центральное (центрально-сдвоенное),

б) центрально-отнесенное,

в) фланговое (диагональное),

г) комбинированное,

д) секционное (блоковое).

Комбинированное и секционное расположение главного и вспомогательного стволов сочетает в себе преимущества центрально-сдвоенного, центрально-отнесенного и флангового и применяются при строительстве современных крупных шахт.

Первые: три — основные — рассмотрим подробнее.

6. Вскрытие пологих пластов.

6.1 Вскрытие пологих пластов наклонными стволами

При вскрытии пласта, наклонными стволами с поверхности до нижней границы первого этажа по падению пласта примерно в центре ш.п. проходят три ствола — главный и два вспомогательных с расстоянием между ними не менее 30 м. Главный служит для подъема ПИ, один вспомогательный — для спусков грузов, другой — для спуска и подъема людей. Он оборудован: механическим подъемом и лестницами или сходнями с перилами. Три ствола — необходимость обеспечения высокой производительности шахты. На уровне границы годного угля (верхняя техническая граница) проходит вентиляционный этажный штрек, а у нижней границы этажа — откаточный этажный штрек. Между ними проводят разрезную печь и начинают очистную выемку.

Для обеспечения бесперебойной добычи угля во время отработки I этажа углубляют наклонные стволы и проводят этажный откаточный штрек. Откаточный этажный штрек I этажа служит вентиляционным для II этажа.

Для подъема ПИ по главному стволу чаще используются ленточные конвейеры, обеспечивающие полную конвейеризацию общешахтного транспорта. При углах падения, больших 18°, применяется рельсовый транспорт с использованием в качестве подъемных сосудов вагонеток или скипов. При современном техническом уровне одноступенчатый канатный подъев можно осуществить по длине наклонных стволов до 1000 м. При большей длине — многоступенчатый, что сложнее и менее выгодно.

Угольные пласты залегают, как правило, свитами, состоящими из нескольких пластов. Поэтому встает вопрос об их совместном рациональном, вскрытии, т.е. не проходить стволы по каждому из пластов, а найти способы их совместной подготовки и разработки.

Возможные способы вскрытия пологих пластов наклонными стволами:

наклонными стволами и этажными квершлагами, наклонными стволами и этажными скатами, наклонными стволами и капитальными квершлагами, наклонными стволами, пройденными под углом к линии простирания и капитальным квершлагом.

6.1.1 Достоинства вскрытия наклонными стволами

Простота, малый объем горных работ и малая стоимость проходки стволов, малые сроки ввода шахты в эксплуатацию, небольшие капиталовложения; простота поверхностного комплекса: и околоствольных дворов и др.

Недостатки;

Большая длина стволов, большая стоимость их поддержания -особенно в неустойчивых породах (наносах), невысокая производительность канатного подъема, утечки воздуха через целики между главными выработками (стволами), трудность обслуживания транспорта по наклонным стволам и др.

Способы вскрытия наклонными стволами применяются:

  • при углах падения пласта до 18°- 20 при конвейерном транспорте;
  • при углах падения до 30 при ребристых лентах;
  • при мощности наносов 30~40м;
  • при отсутствии крупных геологических нарушений, резких изменений углов падения, при отсутствии плывунов в зоне проходки стволов.

6.2 Вскрытие пологих пластов вертикальными стволами и квершлагами

Рассмотрим два основных способа вскрытия:

  • вертикальными стволами и капитальными квершлагами;
  • вертикальными стволами и этажными квершлагами.

Главные вертикальные стволы проходятся до горизонта капитального квершлага 2. Квершлагом вскрывают остальные пласты, свиты. По каждому из пластов проходят бремсберги 3,4,5 (капитальные — при этажном способе подготовки, панельные — при панельном).

Проветривание через общий шурф 6 и вентиляционный квершлаг 10, или с помощью шурфов на каждом пласте — 6.

К моменту окончания отработки бремсберговых полей готовят уклонные поля капитальными (панельными) уклонами ~ 7,8,9.

этот способ вскрытия широко распространен, но в современных условиях его рекомендуют для шахт с годовой мощностью около 1,8 млн.т в год, при суммарной мощности междупластий вскрываемой свиты до 250-300 м; при числе пластов 4-7 и сроке службы 50 -60 лет.

При большей угленосности и мощности междупластий рациональными могут оказаться другие способы (блоковый и т.д.).

От главных вертикальных стволов — I проходят капитальный 2, или панельный бремсберги. Остальные пласты свиты вскрываются этажными (ярусными) квершлагами 4 (вентиляционный), 3, 6, 8, 9, 10 Квершлаги 8, 9 и 10 проходят от уклона 7, который проходится на высоту одного этажа после отработки бремсбергового поля. Откаточный этажный квершлаг служит для нижележащего этажа — вентиляционным.

Этот способ экономически выгоден, когда затраты на проведение квершлагов 4,3,6,8 меньше затрат на проведение вместо них бремсбергов и уклонов, т.е. при меньшем междупластьи.

Достоинства способов вскрытия вертикальными стволами и квершл а гами:

Одногоризонтные способы вскрытия, в отличие от многогоризонтных, не требуют углубки стволов, установки новых подъемных машин и переоборудования поверхности при подготовке нового горизонта.

В связи с этим объем капиталовложений на действующей шахте значительно меньше, чем при многогоризонтных способах вскрытия..

Недостатки:

Необходимость углубки уклонов, что уменьшает их пропускную способность. Для обеспечения запланированной добычи приходится проходить фланговые уклоны.

По условиям подъема длина уклона ограничена, приходится проходить уклоны второй ступени, что ухудшает показатели работы транспорта, вентиляцию, увеличивается время передвижения людей к рабочим местам.

Для исключения этих недостатков длину ш.п. по падению уменьшают до 2000-2200 м. С развитием техники этот размер может быть увеличен.

6.3 Вскрытие пологих пластов вертикальными стволами .и гезенками

Вскрытие с применением квершлагов становится невыгодным

при весьма пологих пластах ( = 3° — 8-9°), т.к. имеют место

квершлаги большой длины. В таких случаях применяют вместо квершлагов — гезенки.

Гезенки, как и квершлаги, могут быть капитальными, этажным и участковыми.

7. Вскрытие крутых и круто — наклонных пластов

В отличие от вскрытия пологих пластов, свиты крутых пластов вскрываются только многогоризонтными способами, центрально-сдвоенными стволами с поэтажной углубкой.

Главный ствол служит для подъема ПИ и проветривания и оборудуется одним или двумя скиповыми подъемами.

Второй (вспомогательный) ствол оборудуется двумя клетевыми подъемами — один для обеспечения рабочего горизонта, другой для подготовки следующего горизонта.

На крупных, особенно газоносных, шахтах может быть целесообразным осуществлять вскрытие тремя стволами. В этом случае третий ствол служит для проветривания и подготовки нового горизонта»

Основные способы вскрытия крутых пластов:

  • вертикальными стволами и этажными квершлагами;
  • вертикальными стволами и промежуточными: квершлагами.

    8.

Вскрытие штольней, Самый экономичный и простой способ вскрытия. Применяется в гор

Место заложения устья штольни увязывают с условиями и подземного и поверхностного транспорта. Иногда с учетом всех этих факторов приходится идти на увеличение длины штольни. Штольни проходят с подъемом 0,001. У нас мало распространен этот способ, в США — широко.

9. Комбинированные способы вскрытия

Комбинированные способы вскрытия применяются на месторождениях с многочисленными пластами, имеющими сложные условия залегания: складчатость, сбросы, надвиги, перегибы, изменяющиеся углы падения и т.д.

Нередко комбинированные способы вскрытия оказываются более эффективными и при вскрытии в обычных условиях.

Эти способы представляют наиболее многочисленный класс, который разделяется на группы. Основными группами комбинированных способов вскрытия являются:

  • вертикальными и наклонными стволами;
  • штольнями и стволами;
  • стволами (штольнями), капитальными и этажными квершлагами;
  • стволами (штольнями), горизонтными квершлагами и гезенками или скатами;
  • стволами (штольнями), горизонтными квершлагами и слепыми стволами;
  • стволами, квершлагами, гезенками, слепыми стволами и т.д.

    10.

Вскрытие шахтных полей на, больших глубинах

10.1 Вскрытие вертикальными стволами и горизонтными квершлагами

С увеличением глубины горных работ возрастают напряжения в горных породах, увеличивается газоносность угольных пластов, повышается температура пород, изменяются физико-механические свойства углей и пород. Все это усложняет условия проветривания, условия поддержания выработок, повышается опасность горных ударов и внезапных выбросов и т.д., т.е. усложняется эксплуатация глубоких шахт и способы вскрытия пластов на больших глубинах.

Строительство глубоких шахт требует больших капиталовложений и длительных сроков строительства. Это может окупаться только при закладке крупных шахт, т.е. при больших запасах и значительных размерах шахтных полей.

Ш.П., расположенные на больших глубинах, целесообразнее вскрывать вертикальными стволами и квершлагами. При этом одногоризонтные способы вскрытия становятся малоэффективными, т.к. капитальные бремсберги и уклоны приходится проходить значительной длины: (ступенчатый подъем), а их устойчивость хуже, чем квершлагов.

Этажные квершлаги при вскрытии пологих пластов также имеют чрезмерно большую длину, поддержание их становится невыгодным и, в связи с этим, возникает необходимость в частых углубках стволов.

Поэтому при глубоких шахтах во многих случаях более целесообразно принимать промежуточный вариант — вскрытие с горизонтными квершлаг а ми, т.е. с разделением ш.п. на горизонты. Наклонная высота горизонта принимается 800-1200 м. Одним горизонтным квершлагом целесообразно вскрывать 2-4 этажа. Каждый горизонт можно отрабатывать капитальными бремсбергами или капитальными бремсбергами и уклонами.

В некоторых случаях вскрытие этажей между горизонтами можно осуществлять гезенками или скатами.

Подготовка может быть полевой.

10.2 Блоковое вскрытие

Шахты большой производительной мощности (А=10-20 тыс. т/сутки) требуют максимальной прои

Проветривание крупных шахт, из-за большой длины выработок и высокой концентрации работ, усложняется, т.к. требуется проходить основные выработки больших сечений или проходить 2-3 выработки, что экономически невыгодно. Рациональнее в таких условиях делить шахтное поле по простиранию на отдельные участки по 2,0-2,5 км, т.е. на блоки . Способ вскрытия в этом случае называется блоковым.

11. Околоствольные дворы. Поверхностный комплекс шахты

Околоствольный двор — это совокупность горных выработок, расположенных у ствола шахты. Эти выработки предназначены для соединения стволов шахты с главными откаточными и вентиляционными. выработками и для размещения технических и служебных пунктов общешахтных служб. К выработкам околоствольного двора; относятся откаточные выработки, служебные камеры и ходки.

Откаточные выработки предназначены для приема и отправления поездов. Служебные камеры — для размещения в них механических и электрических установок, хранения материалов, сбора шахтной воды и т.д.

Ходки соединяют откаточные выработки и камеры:.

11.1 Типы околоствольных дворов

В зависимости от порядкам движения грузов и порожняка, т.е. от схемы путей различают несколько, типов околоствольных дворов (вагонетки с глухим кузовом):

Круговой (а), петлевой (б), тупиковый (в), челноковый (г).

Камеры околоствольного двора: насосная, водосборника, центральная подстанция, угольная и породная разгрузочные ямы, депо аккумуляторных электровозов (зарядная и преобразовательная подстанции, ремонтная мастерская), камера ожидания, камера медицинского пункта, депо противопожарного поезда, камера диспетчера, подземная кладовая, склад ВВ и т.д.

Основными факторами, влияющими на выбор схемы околоствольного двора, являются:

1. Вид транспорта горной массы на шахте.

2. Схема вскрытия ш.п., взаимное расположение стволов.

3. Устойчивость горных пород.

4. Экономичность привязки околоствольного двора к вскрывающим выработкам (минимальные объемы на единицу мощности шахты).

Объемы околоствольного двора составляют 7-15% общего объема подземных выработок, а продолжительность их сооружения превышает 60% общего срока строительства шахты.

Технологический комплекс поверхности — это комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенных для подъема, приема, переработки и отправки потребителям ПИ, приема и складирования породы, додачи воздуха в шахту, обеспечения горных работ электро- и пневмоэнергией, бытового обслуживания трудящихся и для очистки шахтных вод.

Капитальные затраты на сооружение поверхности — 20-25% общих затрат.

Основное требование — компактность, т.е. максимальная плотность застройки.

Технологический комплекс поверхности шахты состоит из 3-х основных блоков и отдельно стоящих зданий и сооружений, которые по своим технологическим особенностям не могут быть сблокированы.

1 — блок главного ствола

2 — блок: вспомогательного ствола

3 — блок административно-бытового комбината (АБК)

Вентиляционная установка, открытая подстанция, резервуары для воды, эстакады, градирня и т.д.

Блок главного ствола : копер, помещения технологического комплекса по приему угля и породы, пункт погрузки угля в ж.д. вагоны, станция погрузки породы, котельная, помещения подъемной установки.

Блок вспомогательного ствола: копер, комплекс по обмену вагонеток, помещения ремонтных мастерских, калориферная и компрессорная.

Блок АБК: административно-конторская часть, зал собраний и банная часть.

Мероприятия по охране окружающей среды.

На выбор схемы расположения технологического комплекса влияют: способ вскрытия, вид шахтного подъема, взаимное расположение стволов, количество отдельно выдаваемых марок угля, производственная мощность шахты и срок службы.

Околоствольные дворы и комплекс поверхности взаимно увязаны между собой: откаточные выработки ОД, ориентируют по направлению продольных осей клетевого ствола, а они зависят от компановки поверхностного комплекса и расположения железнодорожных путей.

Околоствольные дворы и технологические комплексы ориентируются по частям света. Стрелка С-Ю проходит через ось главного ствола.

12. Системы разработки пластовых месторождений. Классификация систем разработки. Факторы. влияющие на выбор системы разработки

12.1 Понятия «очистные работы» и «система разработки месторождения»

Очистные выработки — это выработки, предназначенные для добычи полезного ископаемого. Работы в очистных выработках — очистные работы.

Система разработки — это установленный для данных геологических условий залегания пласта и принятых средств механизации выемки угля определенный порядок ведения подготовительных, нарезных и очистных работ в пределах этажа или панели, увязанный в пространстве и времени. Или:

Системой разработки называется определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в их взаимной увязке во времени и пространстве.

Систем разработки множество. Каждая из них должна удовлетворять трем основным требованиям:

1. Безопасность ведения работ,

2. Экономичности.

3. Наименьшие потери полезного ископаемого.

  • Требования безопасности в России — безусловны!

— Экономичность достигается минимальными затратами живого и овеществленного труда, энергии и материалов на I т ПИ. Минимальные затраты трудам возможны при высокой производительности, которая обеспечивается комплексной механизацией производственных процессов, НОТ и рациональными конструктивными элементами систем разработки. Высокая производительность труда — важнейшее условие экономичности системы, т.к. зарплата составляет более 50% издержек производства.

— Потери ПИ экономически обосновываются в совокупности с другими технико-экономическими показателями. У нас большие запасы, но мы должны думать и о сохранении запасов для будущих поколений, т.к. потребление растет. Забота государства: об охране природы.

Система разработки должна обеспечивать условия для комплексной механизации производственных процессов и концентрации производства путем:

  • исключения взаимного влияния очистных и подготовительных работ;
  • обеспечения автономности работы очистного забоя по условиям транспорта и проветривания;
  • создания условий для высокой надежности работы комплексов и агрегатов;
  • исключения влияния на работу лав газовыделения из забоев» выработок;
  • прогнозирования геологических нарушений с целью исключения непредвиденных остановок лав.

12.2 Факторы влияющие на выбор систем разработки

Ф орма месторождения и наличие геологических нарушений — частые изменения элементов залегания пластов и геологические нарушения усложняют разработку месторождения.

Мощность пластов — подрывка пород при проведении выработок по тонким пластам и средней мощности.

  • пласты m <
  • 3,5 отрабатываются на полную мощность, а m >3,5 м с разделением на слои.

Угол падения — различное транспортирование угля вдоль очистного забоя:

  • на крутых пластах в движение приходит не только кровля, но и почва;
  • движение вентиляционной струи только вверх на газовых шахтах с > 10° (§ 186 ПБ).

Строение пластов — крепкие прослойки, включения колчедана исключают применение комбайнов;

  • На мощных пластах прослойки иногда используют в качестве границ между сдоями.

Крепость и особенно вязкость угля — существенно влияют на выбор средств механизации очистной выемки.

  • влияют на размеры предохранительных целиков возле подготовительных выработок, т.е. на элементы системы разработки.

Кливаж — (более легкое отделение угля от массива) — влияние на производительность труда и устойчивость кровли.

Свойства боковых пород — влияют на:

  • выбор способа управления кровлей;
  • расположение выработок по пласту или породе.

Взаимное распол о жение пластов в свите — подработка, надработка, т.е. соблюдение очередности выемки пластов.

Газоносность месторождения — проветривание, чем больше газа, тем больше нужно воздуха…» а это лимитирует сечение; выработок, длину лавы (V = 4 м/с — § 147 ПБ) содержание метана в исходящей струе лавы не выше 1% (§ 183).

  • в газовых шахтах системы разработки с минимумом глухих забоев и восстающих.
  • На пластах с высокой газообильностью — обособленное проветривание забоев, а это дополнительные выработки. Самовозгорание угля
  • Минимум потерь (полная закладка и полевые выработки)
  • Большая скорость подвигания забоя
  • Выемка запасов угля отдельными участками и их изоляция. Обво д ненность месторождения — вода в очистных забоях снижает производительность» поэтому предварительное осушение.

Механизация производственных процессов — с появлением средств механизации выемки и транспорта угля на пологих пластах стало возможным увеличить длину лавы.

  • На крутых пластах забои не уступные, а прямолинейные, т.е. более простые варианты системы разработки.

Факторов много. Каждый изучается отдельно, а учитываются они совместно.

12.3 Классификация систем разработки

Большое разнообразие геологических условий и видов технологии выемки ПИ в очистных забоях обусловило многообразие систем разработки, что вызывает необходимость в их классификации.

В качестве классификационного выбрано одно характерное отличие, которое выделяет любую систему из группы других — очередность ведения подготовительных, нарезных и очистных работ. На основании этого отличия системы подразделяются на группы:

  • сплошная, столбовая и комбинированная системы при длинных очистных забоях;
  • камерная и камерно-столбовая системы при коротких забоях.

При столбовых системах разработки подготовительные и нарезные выработки проводятся до начала очистных работ и полностью оконтуривают запасы ПИ в пределах выемочного столба или яруса, т.е. при столбовой системе проведение подготовительных и очистных работ разделены в пространстве,

При сплошных системах проведение подготовительных выработок и очистная выемка угля в пределах выемочного поля, яруса, слоя производятся одновременно. Предварительное оконтури-вание запасов отсутствует.

При комбинированных системах для отработки столбов в выемочном поде или ярусов в панели применяют одновременно или последовательно сплошную и столбовую системы разработки» При этом одну часть поля отрабатывают независимо от другой.

Это основное классификационное отличие дополняется рядом признаков, которые характеризуют не столько систему, сколько ее варианты.

1-й признак — технология выемки. По этому признаку системы делят на 2 группы:

1-е длинными забоями (лавами и полосами)

2-е короткими забоями (камерами).

Системы I группы (с длинными забоями) делятся (по m ) :

а) Системы разработки пластов на полную мощность.

б) Системы разработки с разделением на слои. П-й признак — общее направление выемки угля по отношению к элементам залегания пласта. Здесь различают системы разработки с выемкой угля по простиранию; по восстанию; по падению;

  • вкрест простирания.

III признак — технологическая схема подготовки этажа или яруса. Схемы эти могут быть различными. Например:

  • с разделением и без разделения этажа на подэтажи;
  • с пластовой или полевой (как индивидуальной, так и групповой) подготовкой этажа иди яруса;
  • с доставкой ПИ на задний или передний бремсберг или квершлаг.

Основного отличия и трех признаков, рассматриваемых совместно, достаточно для полной характеристики системы разработки.

В целом классификация систем разработки пластовых месторождений выглядит так:

А. Системы разработки длинными забоями без разделения

пласта на слои.

I. Сплошные системы разработки.

1. Сплошные системы разработки с выемкой по простиранию.

а) без разделения этажа на подэтажи (лава-этаж);

  • б) с разделением этажа на подэтажи.

2. Сплошные системы разработки с выемкой по падению.

Сплошные системы разработки с выемкой по восстанию.

II. Столбовые системы разработки (длинными столбами )

1. Столбовые системы разработки длинными столбами по простиранию.

а) без разделения этажа на подэтажи (лава-этаж);

  • б) с разделением этажа на подэтажи.

2. Столбовые системы разработки длинными столбами по падению.

3. Столбовые системы разработки длинными столбами по восстанию.

4. Столбовые системы разработки длинными столбами весьма

пологих пластов,

Ш. Комбинированные системы разработки.

1. Система разработки парными штреками.

2. Прочие.

IV. Системы разработки с применением щитовой крепи.

V. Прочие системы разработки.

Б. Системы разработки короткими очистными забоями.

1. Камерные системы разработки.

2. Камерно-столбовые системы разработки.

3. Системы разработки короткими столбами.

4. Прочие системы разработки короткими столбами.

В. Системы разработки с делением пласта на слои»

1. Системы разработки наклонными слоями.

2. Системы разработки горизонтальными слоями.

3. Системы разработки с принудительным обрушением и выпуском угля.

Для конкретных условий выбирается одна наиболее прогрессивная и эффективная система.

Распределение добычи по системам разработки (в %%) сведено в таблицу:

Бассейны

Система разработки с длинными очистными забоями

Системы разработки с короткими забоями