Понятие о запасах и потерях полезных ископаемых при разработке

Количество полезного ископаемого, заключенное в недрах его месторождения, называется запасами (т, м³).

Общие запасы месторождения или его части называются геологическими. По значению в народном хозяйстве они под­разделяются на балансовые и забалансовые. Следовательно,

= + , (1.1)

Балансовые запасы — разведанные и изученные запасы, использование которых экономически целесообразно и кото­рые должны удовлетворять требованиям, устанавливаемым для подсчета запасов в недрах данного месторождения.

Забалансовые запасы — разведанные и изученные запасы, использование которых экономически нецелесообразно при со­временном уровне техники и технологии добычи (малое коли­чество, малая мощность, высокая зольность, сложность залега­ния и пр.).

Балансовые запасы подразделяются на промышленные и потери, т.е.

= + . (1.2)

Промышленные запасы — часть балансовых запасов, под­лежащая извлечению и выдаче на поверхность. Отношение про­мышленных запасов к балансовым называют коэффициентом извлечения С. Следовательно,

С = / . (1.3)

Потери — часть балансовых запасов, остающаяся в недрах при их разработке. Отношение потерь к балансовым запасам называют коэффициентом, т.е.

= / . (1.4)

Вполне очевидно, что С + = 1.

Избежать потерь полезного ископаемого при разработке практически невозможно. Их величина зависит от экономиче­ских, геологических и технических факторов. Основными из них являются: мощность и угол падения, наличие охраняемых объектов на поверхности месторождения, сложность залегания, применяемая техника и технология добычи и др. Осуществление мероприятий по снижению потерь нередко связано с дополни­тельными затратами, что влечет за собой удорожание добычи.

Фактический уровень потерь для различных месторожде­ний колеблется в широких пределах. Например, на угольных месторождениях с пологими и наклонными пластами средней мощности потери достигают 10—15 %, с мощными крутона­клонными и крутыми — 25—30 % и более.

1.4. Стадии разработки месторождений

Добыча твердых полезных ископаемых подземным спосо­бом осуществляется в три стадии: вскрытие, подготовка и очи­стные работы. В совокупности эти стадии называют разработ­кой полезных ископаемых.

Вскрытием называют проведение горных выработок, обес­печивающих доступ с поверхности земли к залежи полезного ископаемого. Выработки, проводимые на этой стадии, называ­ют вскрывающими. На каждой действующей шахте должно быть не менее двух выходов на поверхность (требование пара­графа 76 Правил безопасности в угольных шахтах), приспособ­ленных для передвижения (перевозки) людей. Поэтому шахта должна иметь не менее двух вскрывающих выработок с непо­средственным выходом на земную поверхность. Сеть вскрыва­ющих выработок должна обеспечивать надежную транспорт­ную связь между угольными пластами и поверхностью, подачу в шахту свежей, и выход на поверхность исходящей струи воз­духа, удаление шахтных вод и подачу электро- и пневмоэнергии к работающим машинам.

Вскрывающими выработками являются стволы, штольни, квершлаги, слепые стволы, гезенки и шурфы.

После того как месторождение вскрыто, приступают к под­готовке пластов к очистным работам. Под подготовкой пони­мают проведение комплекса горных выработок, обеспечиваю­щих возможность начала очистных работ. В отличие от вскры­тия вторая стадия разработки — подготовка осуществляется весь период отработки запасов угля в шахтном поле, поскольку выемку пластов ведут последовательно в отдельных их частях. Различают подготовленные и готовые к выемке запасы. Подго­товленными называются такие запасы, для отработки которых проведены основные подготавливающие выработки (пластовые или полевые штреки, бремсберги, уклоны, скаты), готовыми к выемке — запасы, для отработки которых проведены необхо­димые подготовительно-нарезные выработки (ярусные или подэтажные штреки и разрезные печи) и подготовлено оборудо­вание, позволяющее начать очистные работы. Таким образом, задачей подготовки является своевременное обеспечение шахты фронтом очистных работ.

Сеть подготавливающих выработок должна обеспечить до­ставку полезного ископаемого до горизонтальных откаточных выработок, транспортирование материалов и оборудования, пропуск необходимого количества воздуха для проветривания очистных забоев.

Очистные работы являются третьей, основной стадией раз­работки месторождения полезного ископаемого. Период веде­ния очистных работ на шахте называют эксплуатацией место­рождения. Технология и механизация очистных работ в значи­тельной мере оказывают влияние на эффективность разработки месторождения.

Вскрытие, подготовка и очистная выемка, обусловливаю­щие транспортирование полезного ископаемого от очистного забоя до поверхности, проветривание горных выработок, вклю­чая поверхностный комплекс, формируют технологическую схе­му шахты.

1.5. Производственная мощность и срок службы шахты

Производственная мощность и срок службы являются ос­новными количественными характеристиками, определяющими тип шахты. Производственная мощность шахты предопределя­ет не только количественные параметры всего технологическо­го комплекса, но и основные технико-экономические показате­ли работы шахты.

Производственной мощностью шахты называется количест­во полезного ископаемого в тоннах, добываемого в единицу времени (сутки, гор). Различают проектную и фактическую про­изводственную мощность шахты.

Срок службы (существования) шахты равен периоду, в те­чение которого отрабатываются промышленные запасы угля в пределах шахтного поля.

Между промышленными запасами , годовой производ­ственной мощностью шахты и сроком ее службы сущест­вует следующая зависимость:

= × . (1.5)

При правильной конфигурации шахтного поля промышленные запасы угля в шахтном поле определяются по формуле

, (1.6)

где S — размер шахтного поля по простиранию, м;

Н—размер шахтного поля по падению, м;

SR — суммарная производи­тельность рабочих пластов в шахтном поле, т/м²;

— общий коэффициент извлечения угля в шахтном поле.

Суммарная производительность пластов в шахтном поле равна

SR = m ₁g₁ + m₂ g₂ + …+ , (1.7)

где — мощности рабочих пластов в шахтном поле, м;

— плотность угля соответствующих пластов, т/м³.

Определение производственной мощности шахты является одной из важнейших задач при ее проектировании. Оконча­тельно рекомендуется принимать типовое значение производ­ственной мощности шахты из следующего ряда: 0,9; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,5; 6,0 млн.т в год.

Расчетный срок службы шахты мощностью более 1,8 млн.т в год рекомендуется принимать не менее 50—60 лет.

Полный срок службы шахты будет несколько больше расчетного за счет времени освоения проектной мощности и ее затухания к концу отработки запасов:

= + , (1.8)

где — срок освоения проектной мощности шахты (прини­мается в зависимости от мощности равным 2—3 годам);

— срок затухания добычи к концу отработки запасов (принима­ется также равным 2—3 годам).

Между годовой и суточной мощностями шахты суще­ствует следующая зависимость:

= 300 , (1.9)

где 300 — число рабочих дней шахты в году.

Для обеспечения установленной производственной мощно­сти шахты необходимо иметь соответствующую линию очист­ных забоев, под которой понимают суммарную длину всех очи­стных забоев на шахте.

Следовательно, число очистных забоев , обеспечивающих заданную мощность, можно определить по формуле

= , (1.10)

где — суммарная длина очистных забоев по шахте, м;

— длина очистного забоя, м.

Вполне очевидно, что число действующих очистных забоев по шахте не может быть дробным. Поэтому окончательно при­нимают целое число забоев.

Для обеспечения стабильной добычи угля по шахте реко­мендуется кроме действующих иметь резервные и резервно-действующие очистные забои. Резервно-действующие забои ра­ботают неполное число рабочих смен в сутки. Они предназна­чены для восполнения потерь добычи угля из действующих за­боев при простое последних.

1.6. Шахтное поле и деление его на части

Шахтным полем называется часть угольного месторожде­ния, отводимая для разработки одной шахте (рис. 1.7). Пара­метрами шахтного поля являются размеры по простиранию S и падению Н. Шахтное поле, имеет границы по восстанию, па­дению и простиранию.

Границы шахтного поля могут быть фиксированными и условными.

Форма шахтных полей может быть различной и зависит от горно-геологических условий залегания угольных пластов. При выдержанных элементах залегания угольных пластов, к кото­рым относятся угол падения и направление простирания, и от­сутствии геологических нарушений шахтное поле имеет прямо­угольную форму, наиболее удобную для разработки. В других случаях шахтное поле принимает форму, соответствующую фор­ме залегания месторождения или его части.

При составлении планов шахтное поле с пологими пласта­ми изображают, как правило, в проекции на горизонтальную плоскость, с крутыми — на вертикальную плоскость. Отдель­ные участки шахтного поля изображают в плоскости пласта.

 

 

Рисунок 1.7 - Шахтное поле: АБ — граница по восстанию; ВГ — Граница по падению; АВ, БГ— грани­цы по простиранию

Размеры полей угольных шахт колеблются в широких пределах. На пологих пла­стах они составляют 3—10 км по простиранию и до 2—3 км по падению. При наличии в шахтном поле мощных кру­тых пластов — 3—4 км по простиранию и до 0,5—0,7км по падению.

Поскольку поля совре­менных шахт имеют значи­тельные размеры, как по про­стиранию, так и по падению, то отработка их осуществляется частями в определенной после­довательности. Этим обеспечивается концентрация очистных и подготовительных работ.

В целях удобства и обеспечения системного характера от­работки шахтное поле разделяют на транспортные горизонты, выемочные ступени, крылья, этажи, панели, блоки, выемочные поля, столбы и полосы.

Прежде всего, шахтное поле по падению разделяют гори­зонтальными плоскостями на транспортные горизонты. Транс­портные горизонты — это комплекс вскрывающих и подготав­ливающих выработок и выработок околоствольного двора, рас­полагаемых на одном уровне и служащих для транспортирова­ния угля к стволу (штольне), а также материалов и оборудова­ния от ствола (штольни). Нередко в условиях пологого падения шахта имеет один транспортный горизонт. В этом случае он де­лит шахтное поле на две части (выемочные ступени) — бремсберговую и уклонную, в пределах которых уголь поступает на транспортный горизонт соответственно сверху вниз или снизу вверх. При наличии нескольких транспортных гори­зонтов каждый из них может иметь ствол, бремсберговую и ук­лонную части. В этом случае часть шахтного поля, заключенная между двумя соседними транспортными горизонтами, может являться уклонной для верхнего и бремсберговой для нижнего.

Выемочная ступень — часть шахтного поля, ограниченная по простиранию границами шахтного поля, а по падению смежными транспортными горизонтами или границей шахтно­го поля и транспортным горизонтом. Высота ступени по верти­кали равна разности отметок смежных транспортных горизон­тов. На пологих и наклонных пластах наклонную высоту ступе­ни (бремсберговой или уклонной части) принимают равной 1000—1200 м и более.

По простиранию шахтное поле делят на крылья. Крыло — часть шахтного поля, расположенная по одну сторону от глав­ного ствола или какой-либо другой вскрывающей выработки. Шахтные поля бывают двукрылые и однокрылые. Если главный ствол расположен в центре шахтного поля по простиранию, то такое шахтное поле является двукрылым. Наиболее распространены двукрылые шахтные поля, так как в этом случае при прочих равных условиях снижаются затраты на транспорт по­лезного ископаемого, поддержание горных выработок и про­ветривание. Как правило, угольные пласты в крыльях разраба­тывают одновременно. Однокрылые шахтные поля обусловле­ны особым рельефом поверхности или наличием наземных объ­ектов, исключающих возможность заложения главного ствола посередине шахтного поля. Часть пласта (шахтопласта) в пре­делах выемочной ступени делят на этажи или панели.

Шахтопласт — часть пласта как обширной залежи полез­ного ископаемого в пределах шахтного поля.

Этаж (рис. 1.8,а) — часть шахтопласта, вытянутая по про­стиранию и ограниченная по падению и восстанию этажными откаточным и вентиляционным штреками. Расстояние между верхней и нижней границами этажа по падению называется на­клонной высотой этажа, расстояние по вертикали — вертикаль­ной высотой этажа. Следовательно,

где — наклонная высота этажа, м;

— вертикальная высота этажа, м;

a — угол падения пласта, град.

При пологом и наклонном залегании пластов в одной вые­мочной ступени может размещаться несколько этажей; при кру­тонаклонном и крутом залегании каждый этаж является вые­мочной ступенью.

Отличительным признаком этажа на пологих наклонных пластах является наличие капитального бремсберга (уклона) и этажных штреков, проводимых от этого бремсберга (уклона). Деление на этажи применяют при углах падения более 10°, а на крутых и крутонаклонных пластах —только на этажи.

При значительной наклонной высоте этажа, когда в преде­лах его по падению предполагается иметь несколько очистных забоев, он может быть разделен подэтажными (промежуточны­ми) штреками на подэтажи. В этом случае возникает необходи­мость проведения участковых бремсбергов (уклонов) или ска­тов в зависимости от угла падения пластов. Следовательно, воз­никает необходимость деления этажа по простиранию на более мелкие части — выемочные поля.

Выемочное поле — часть этажа по простиранию, в пределах которой разработка пласта осуществляется на один участковый бремсберг, уклон, скат или промежуточный квершлаг. Если очи­стные забои располагаются с обеих сторон от наклонной уча­стковой выработки, то такое выемочное поле называют двусто­ронним (двукрылым), если с одной стороны — то односторон­ним (однокрылым). Размер выемочного поля по простиранию равен 400—600 м.

На пологих и частично наклонных до 20—25° пластах вы­емочную ступень по простиранию делят на панели (рис. 1.8,б). Панель — часть шахтопласта, ограниченная по падению грани­цей шахтного поля и транспортным горизонтом или двумя смежными транспортными горизонтами, а по простиранию — границей шахтного поля и условной границей с другой панелью или двумя такими границами.

 

Рисунок 1.8 - Деление шахтного поля на части: 1 — воздухоподающий ствол; 2 — вентиляционный ствол; 3 — главный откаточный штрек; 4 — бремсберг с ходком; 5 — капитальный уклон с ходком; о — панельный бремсберг с ходками; 7 —панельный уклон с ходками

Каждая панель обслужива­ется самостоятельными транспортными и вспомогательными наклонными выработками. Эти выработки называют панель­ными. Один транспортный горизонт, как правило, обслуживает несколько панелей. Если уголь в пределах панели транспорти­руют сверху вниз, то такая панель называется бремсберговой, если снизу вверх — уклонной. Бремсберги и уклоны соответст­венно называют панельными. Каждая панель представляет со­бой выемочное поле. По аналогии с выемочным полем панель может быть двукрылой (двусторонней) и однокрылой (одно­сторонней). Размер двусторонней панели по простиранию со­ставляет 1500—2000 м и имеет тенденцию к увеличению.

Панели делят по падению на более мелкие части — ярусы. Ярус — одновременно разрабатываемая часть панели. Он огра­ничен по простиранию границами панели, а по падению ярус­ными конвейерным и вентиляционным штреками. Иногда ярус делят на подъярусы.

Деление на панели применяют при больших размерах шахт­ного поля по простиранию и большой производственной мощ­ности шахты.

При делении шахтного поля на зтажи и панели очистные забои, как правило, располагаются по падению, а перемещают­ся по простиранию пласта.

На пластах с углами падения до 10—12° и значительным расстоянием по падению между транспортными горизонтами выемочные ступени делят на столбы, вытянутые по падению или восстанию (рис. 1.8,в). В этом случае очистной забой рас­полагается по простиранию, а перемещается по падению или восстанию пласта.

При значительных размерах по простиранию (8—10 км) и большой производственной мощности, когда не обеспечивается проветривание через один воздухоподающий ствол, шахтное поле по простиранию делят на блоки (рис. 1.8,г). Блок — часть шахтного поля, имеющая сеть воздухопроводящих выработок, обеспечивающую независимое проветривание. Она характери­зуется самостоятельным комплексом горных работ. На пологих и наклонных пластах каждый блок имеет воздухоподающий и вентиляционные стволы, используемые для самостоятельного секционного проветривания своих выработок и вспомогатель­ных транспортных операций. Таких блоков в пределах шахтно­го поля может быть несколько. Шахта, построенная по такому принципу, имеет общий главный ствол, по которому осуществ­ляется выдача угля на поверхность. Все блоки шахтного поля имеют один общий транспортный горизонт. Размер блока по простиранию равен 3—4 км. На пологих пластах в пределах блока могут быть размещены одна или две панели. Характер­ным представителем является шахта «Распадская».

При групповой подготовке, применяемой при разработке мощных крутых пластов, блоком считают свиту пластов в пре­делах части этажа, ограниченную смежными промежуточными квершлагами, проводимыми с полевого штрека.

1.7. Порядок отработки частей шахтного поля

Отработка этажей в шахтном поле и ярусов в панели может осуществляться как в нисходящем (сверху вниз), так и в восхо­дящем (снизу вверх) порядке. В основном распространен нисхо­дящий порядок отработки, особенно на шахтах с высокой га­зоносностью. В отдельных случаях при согласовании с органа­ми госгортехнадзора применяют восходящий порядок отработ­ки, например при большом водопритоке и на негазовых шахтах.

Этажи в шахтном поле или ярусы в панели можно отрабаты­вать прямым или обратным ходом. Рассмотрим простейший слу­чай, когда в пределах яруса или этажа размещается один очист­ной забой (рис. 1.9): варианты лава-этаж или лава-ярус.

Если отработка ведется в направлении от ствола к грани­цам шахтного поля по простиранию, то это прямой порядок (ход), в противоположном направлении — обратный. При об­ратном порядке отработки должны быть предварительно прой­дены все подготовительные выработки.

Рисунок 1.9 - Схемы прямого (а) и обратного (б) порядка отработки крыла шахт­ного поля: 1 — бремсберг; 2 — ходок, 3 — разрезная печь; 4 — вентиляционный штрек; 5 — бутовая полоса, б—откаточный штрек

Прямой порядок отработки по сравнению с обратным име­ет следующие преимущества: более короткий срок подготовки очистных забоев, отсутствие предварительных затрат на прове­дение штреков значительной протяженности.

Достоинства обратного порядка отработки заключаются в следующем: снижаются затраты на поддержание этажных или ярусных штреков; возможно устранение утечек через вырабо­танное пространство свежей струи воздуха; достигается незави­симость очистных работ от подготовительных; осуществляется доразведка условий залегания угольного пласта.

При делении шахтопласта на этажи, а их, в свою очередь, — на выемочные поля, последние могут отрабатываться прямым и обратным ходом. Преобладает прямой порядок отработки вы­емочных полей, а в пределах выемочного поля — обратный.

При делении шахтопласта на панели их в бремсберговой ступени отрабатывают последовательно от ствола к границам по простиранию. Это позволяет уменьшить объем работ по проведению главных штреков при подготовке первых панелей. Панели в уклонной ступени нецелесообразно отрабатывать в об­ратном направлении, то есть от границ шахтного поля, погашая при этом главные штреки. Отработка ярусов в панели осущест­вляется, как правило, обратным ходом.

1.8. Общая характеристика вскрытия пластовых

месторождений

При описании вскрытия пластовых месторождений приня­то различать способ и схему вскрытия, в основу которых поло­жено наличие основной и дополнительной вскрывающих выра­боток.

Способ вскрытия — совокупность основных вскрывающих выработок в шахтном поле относительно транспортного гори­зонта с учетом их функционального назначения. Различают че­тыре способа вскрытия: вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированный, представляющий со­четание первых двух или трех способов.

Схема вскрытия — пространственное расположение сети основных и дополнительных вскрывающих выработок в шахт­ном поле. Различают следующие основные схемы вскрытия:

• по числу транспортных горизонтов — одногоризонтные и многогоризонтные. В первом случае шахтное поле отрабаты­вают с одного транспортного горизонта, что исключает углубку шахтных стволов, во втором — с проведением вскрывающих выработок на двух и более горизонтах, что вызывает необходи­мость углубки стволов;

• по типу дополнительных вскрывающих выработок — без дополнительных вскрывающих выработок; с квершлагами (ка­питальными, горизонтными, этажными); с гезенками (капиталь­ным и этажным); со слепыми стволами.

Кроме перечисленных схем вскрытия встречаются многие их разновидности.

На выбор способов и схем вскрытия оказывают влияние сле­дующие факторы: размеры шахтного поля; угол падения, мощ­ность и число пластов в шахтном поле; расстояние между пла­стами; мощность наносов или непродуктивной толщи; рельеф поверхности; глубина разработки; нарушенность месторожде­ния; свойства вмещающих пород; газоносность, выбросоопасность и удароопасность угольных пластов; обводненность ме­сторождения; склонность угля к самовозгоранию; производст­венная мощность и срок службы шахты; уровень развития гор­нодобывающей техники; возможность постоянного воспроиз­водства подготовительных и готовых к выемке запасов; надеж­ность вентиляции и др.

Основными требованиями при выборе схемы вскрытия яв­ляются: минимальный объем вскрывающих горных выработок;

Выбор схемы вскрытия месторождения является одной из важнейших задач при проектировании шахты. Окончательно выбирается та схема, которая в большей мере отвечает услови­ям данного месторождения и удовлетворяет принятым критери­ям..

1.9. Вскрытие пластовых месторождений

1.9. 1. Вскрытие одиночных пластов

При наличии в шахтном поле одного пласта применяют вскрытие без дополнительных вскрывающих выработок, ограни­чиваясь проходкой только шахтных стволов.

На рис. 1.10 представлено вскрытие одиночного пласта вер­тикальными стволами с расположением околоствольного двора в лежачем боку пласта. На горизонте околоствольного двора откаточным штреком шахтное поле по падению разделено на две ступени: бремсберговую и уклонную. При делении на пане­ли, как показано на рисунке, от откаточного штрека проводят панельные бремсберги с ходками, а в уклонной части — па­нельные уклоны. Показан обратный порядок ведения очистных работ в пределах панели.

При делении на этажи необходимо было бы провести капи­тальный бремсберг с ходком, а в уклонной части — капиталь­ный уклон.

Уголь от очистного забоя по конвейерному штреку посту­пает на панельный бремсберг, затем на откаточный штрек, да­лее — к околоствольному двору. По главному стволу уголь в скипах выдается на поверхность. Из уклонной части уголь вы­дается на откаточный горизонт по панельному уклону.

Свежий воздух в шахту поступает по вспомогательному стволу, затем по сети воздухопроводящих выработок (откаточ­ный штрек, бремсберг (ходок), конвейерный штрек) поступает в очистной забой. Исходящая струя от забоя по вентиляционно­му штреку поступает на один из ходков бремсберга, а затем по шурфу на поверхность.

Рисунок 1.10 - Вскрытие одиночного пласта вертикальными стволами: а — разрез вкрест простирания; б — разрез в плоскости пласта; 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3 — шурф; 4 — панельные бремсберги с ходками; 5 — околоствольный двор; 6 — откаточный штрек

Наиболее простым для одиночного пологого пласта являет­ся вскрытие наклонными стволами (рис. 1.11). Обычно проходят несколько параллельных друг другу стволов: один из них явля­ется главным, остальные — вспомогательными. Большей частью их проводят по пласту полезного ископаемого. Расстояние ме­жду главным и вспомогательными стволами принимается рав­ным не менее 40 м.

При таком вскрытии и незначительных размерах шахтного поля по простиранию шахтопласт делят на этажи. Стволы про­ходят до отметки первого этажа. После этого начинаются под­готовительные работы в этаже. Отработка крыльев шахтного поля может осуществляться как прямым, так и обратным хо­дом. В первом случае объем подготовительных работ до начала очистной выемки минимальный. На схеме показан обратный порядок отработки.

До окончания очистных работ в первом этаже осуществля­ют проходку стволов до отметки второго этажа, где вновь осу­ществляют подготовку очистных забоев.

Свежая струя воздуха по одному из стволов поступает в околоствольный двор, где разделяется на оба крыла шахтного поля. Из откаточных (конвейерных) штреков воздух направля­ется в очистные забои, далее через вентиляционный штрек и ствол на поверхность.

Рисунок 1.11 - Вскрытие пологого пласта наклонными стволами: а—разрез вкрест простирания; б—разрез в плоскости пласта; 1, 3—вспомогательные стволы; 2 — главный ствол; 4 — этажный вентиляционный штрек; 5 — просек; 6 — этажный откаточный штрек; 7— околоствольный двор

Вскрытие наклонными стволами требует меньших капи­тальных затрат, чем вскрытие вертикальными стволами, позво­ляет быстрее начать очистные работы и осуществить полную конвейеризацию транспорта полезного ископаемого от очист­ного забоя до поверхности. Этот способ вскрытия целесообраз­но применять при освоении месторождений с пологими или на­клонными пластами, залегающими близко к поверхности, на­пример при строительстве опытно-промышленных участков Ерунаковского геолого-промышленного района.

1.9. 2. Вскрытие пологих и наклонных пластов вертикальными стволами

Наиболее распространенным на пологих и частично на­клонных пластах является вскрытие вертикальными стволами с капитальным квершлагом (рис. 1.12). Это одногоризонтное вскры­тие. Его сущность заключается в том, что шахтное поле по па­дению транспортным горизонтом делится на две выемочные сту­пени — бремсберговую и уклонную. Стволы (главный и вспо­могательный), располагаемые на одной общей промплощадке, проходят до отметки транспортного горизонта, а непосредст­венное вскрытие пластов осуществляется капитальным квер­шлагом, проведенным от околоствольного двора.

Сначала отрабатывают пласты бремсберговой части, затем — уклонной. Свежий воздух в шахту поступает по вспомога­тельному стволу в выработки транспортного горизонта. При от­работке бремсберговой ступени он по ходкам бремсбергов по­ступает в ярусные конвейерные штреки, затем — в очистные за­бои, далее по цепи вентиляционных выработок — на поверх­ность. При отработке уклонной ступени воздух для проветрива­ния поступает по одному из ходков, далее, пройдя по цепи воздухопроводящих выработок, исходящая струя по другому ходку поднимается вверх, к транспортному горизонту. Для выдачи ис­ходящей струи на поверхность необходимо иметь специальные вентиляционные выработки (штреки, квершлаг, шурфы и др.).

Рисунок 1.12 - Вскрытие вертикальными стволами с капитальным квершлагом: а — разрез вкрест простирания; б — план транспортного горизонта; 1 — главный ствол; 2—вспомогательный ствол; 3—капитальный квершлаг; 4—главный штрек; 5—шурф

Доставка угля как с бремсберговой, так и с уклонной сту­пени осуществляется на общий транспортный горизонт. Капи­тальный квершлаг, пройденный на этом горизонте, служит весь срок отработки запасов шахтного поля. В пределах выемочных ступеней шахтопласт может быть разделен как на панели, так и на этажи. Деление на панели яв­ляется наиболее распространенным.

Рассматриваемая схема вскрытия применяется преимуще­ственно на пологих пластах и размерах шахтного поля по паде­нию до 2—2,5 км. При очень пологих пластах (до 8°), когда го­ризонтальные квершлаги становятся слишком длинными, их заменяют наклонными квершлагами или гезенками.

Достоинствами вскрытия вертикальными стволами с капи­тальным квершлагом являются его простота, большой срок службы транспортного горизонта и, главное, отсутствие необ­ходимости углубки стволов во время эксплуатации шахты. На­личие уклонной ступени, осложняющее ее проветривание и тран­спортное обслуживание, необходимость участкового водоотли­ва в уклонах, утечки воздуха между уклоном и ходками явля­ются недостатками этой схемы вскрытия. Поэтому целесооб­разным следует считать осуществление восходящего проветри­вания уклонных ступеней через воздухоподающий ствол (сква­жину) и квершлаг, пройденный по нижней границе шахтного поля. Такой принцип проветривания заложен в проекте шахты «Анжерская-Южная».

При тех же углах падения, при которых применяется преды­дущая схема, но при больших размерах шахтного поля по па­дению (от 2,5 до 4 км) осуществляют вскрытие вертикальными стволами с горизонтальными квершлагами (рис. 1.13). Сущность этой схемы вскрытия состоит в том, что шахтное поле делят по ли­нии падения на выемочные ступени путем последовательной уг­лубки стволов и проведения на каждом транспортном горизон­те горизонтных квершлагов. Сначала стволы проходят до от­метки первого горизонта, на котором пласты непосредственно вскрывают квершлагом. На него отрабатывают запасы брем­сберговой части в том же порядке, как и в предыдущей схеме. По мере отработки запасов стволы углубляют до второго гори­зонта, где вновь проходят горизонтный квершлаг. При отработ­ке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта яв­ляется вентиляционным. Отработка запасов может произво­диться как бремсберговым, так и частично уклонными полями.

Проветривание горных выработок и транспорт полезного ископаемого осуществляются так же, как при отработке бремс­берговой ступени в предыдущей схеме.

По сравнению с предыдущей схемой вскрытие вертикаль­ными стволами с горизонтными квершлагами имеет следующие достоинства: возможность отработки запасов бремсберговыми полями, проще схема проветривания, возможность обновления горного хозяйства шахты при переходе на новый горизонт.

Недостатки — меньший срок службы транспортного гори­зонта, необходимость углубки шахтных стволов и замены подъ­емных машин, увеличение капитальных затрат.

Рисунок 1.13 - Вскрытие вертикаль­ными стволами с горизонталь­ными квершлагами: 1 — главный ствол; 2 — вспомога­тельный ствол; 3 — горизонтный квершлаг; 4 —главный штрек

Рассмотренные схемы вскрытия пологих пластов с верти­кальными стволами наиболее распространены по сравнению с другими схемами, к которым относятся вскрытие вертикаль­ными стволами с этажными квершлагами, вертикальными стволами с капитальными или этажными гезенками (на пластах с углами падения до 8°) и др.

1.9. 3. Вскрытие крутонаклонных и крутых пластов

При наличии в шахтном поле крутонаклонных и крутых пластов применяют вскрытие вертикальными стволами с этаж­ными квершлагами (рис. 1.14). Стволы во избежание потерь угля в охранных целиках под промплощадкой располагают в лежа­чем боку свиты. В этом случае стволы не будут подвергаться деформациям под влиянием очистных работ.

При этой схеме вскрытие запасов угля проводится через 100—120 м по вертикали. Указанная высота считается в насто­ящее время оптимальной. Стволы проходят до отметки тран­спортного горизонта первого этажа, где сооружается около­ствольный двор. От околоствольного двора проводят этажный квершлаг, непосредственно подсекающий угольные пласты. По мере отработки первого этажа стволы углубляют до второго го­ризонта и так далее.

При групповой подготовке от квершла­га проводят полевой штрек, который в каждом выемочном по­ле (блоке) имеет выход к пластам посредством проведения проме­жуточных квершлагов.

Рисунок 1.14 - Вскрытие вертикальными ство­лами с этажными квершлагами: 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3—пластовые откаточные штреки; 4— этажные квершлаги; 5 — полевые штреки; 6 —шурф

Уголь из очистных забоев по участковым выработкам поступает на откаточный горизонт, затем рельсовым транспортом к околоствольному двору, откуда по скиповому стволу выдается на поверхность.

Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, оборудованному одно- или двуклетевым подъемом, на транспортный горизонт и далее по этажному квершлагу, поле­вому штреку, промежуточному квершлагу, пластовым штрекам на выемочные участки. Исходящая струя по вентиляционным выработкам (бывшим откаточным) поступает либо к вентиля­ционным стволам на флангах шахтного поля, либо через ски­повой ствол в центре выдается на поверхность. При отработке первого этажа исходящая струя выдается через вентиляционные штреки и шурфы.

На некоторых шахтах для подготовки нового горизонта проходят третий вертикальный ствол, располагаемый на той же промплощадке. Он называется породоуглубочным. Предназна­чен также и для других целей, например проветривания.

Достоинствами вскрытия