4. Системы разработки без разделения на слои Столбовая система разработки. Сущность системы разработки длинными столбами
Эти системы разработки характеризуются независимым ведением очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля. На момент начала очистной выемки все подготовительные выработки, соединяющие забой с системой откаточных и вентиляционных выработок шахты, должны быть проведены на всю длину. Подготовительные выработки располагаются в нетронутом массиве угля, а те их участки, которые в результате очистных работ оказываются в выработанном пространстве, как правило, погашаются, и только в редких случаях одна из выработок поддерживается для вентиляции или повторного ее использования.
Столбовые системы разработки применяются при различных схемах подготовки шахтных полей — этажной, панельной и погоризонтной и имеют в каждом случае характерные особенности. При ориентировании лавы по простиранию часть пласта, подготовленная к выемке, может разрабатываться на всю длину этажа или яруса, но в ряде случаев более целесообразно деление этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы). Обычно этаж (ярус) делят на два под-этажа (подъяруса). При этом отработка верхних подэтажей (подъярусов) осуществляется с опережением нижних на 20—30 м. При отработке выемочных полей длинными столбами по падению (восстанию) в каждом выемочном участке может быть расположена одинарная или спаренные лавы.
Очистные забои при столбовых системах имеют прямолинейную форму, однако при разработке крутых пластов с использованием отбойных молотков забоям придают потолкоуступную или почвоуступную форму. Направление движения очистного забоя при столбовых системах разработки ориентируют по падению, восстанию, простиранию или диагонально к линии простирания пласта.
При столбовых системах разработки отбитый уголь транспортируют в направлении движения забоя, так как все подготовительные выработки расположены впереди лавы.
Проветривание двух лав одного этажа (яруса) в зависимости от газоносности, угла падения, мощности пласта и длины лавы может осуществляться последовательно с подсвежением или обособленно. При столбовых системах разработки по простиранию, как правило, применяется возвратноточная схема проветривания, по которой исходящая струя по вентиляционному штреку возвращается к наклонным выработкам. В ряде случаев при устойчивых боковых породах используется прямоточная схема проветривания, для чего за лавой поддерживается вентиляционный штрек, а на границах выемочного поля проводятся фланговые наклонные выработки.
В газовых шахтах при углах наклона выработок более 10° движение воздуха в очистных выработках и на всем дальнейшем пути следования за ними (кроме выработок длиной менее 30 м) должно быть восходящим.
Схема проветривания выемочного участка со столбовыми системами разработки должна исключать возможность образования повышенных концентраций метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой и обеспечивать:
наиболее полное обособленное разбавление всех источников газовыделения;
полное использование свежей струи, проходящей по рабочему пространству лавы, только для разбавления метана, выделяющегося из забоя пласта и отбитого угля в пределах этого пространства. Весь остальной газ, выделяющийся в пределах участка из выработанного пространства, из отбитого угля за пределами рабочего пространства лавы и подготовительных выработок, должен разбавляться обособленными струями воздуха, минующими лаву;
надежность проветривания как при нормальном, так и аварийном режимах;
максимально благоприятные санитарно-гигиенические условия в очистном забое за счет направления свежей струи по выработкам, по которым не ведется транспортирование угля;
возможность ведения работ по эффективной дегазации разрабатываемого пласта и сближенных пластов;
наличие двух свежих струй при разработке выбросоопасных пластов;
благоприятные условия для спасения людей и ликвидации аварий;
возможность маневрирования вентиляционными струями;
эффективную разработку пластов, склонных к самовозгоранию;
максимальную нагрузку на лаву по газовому фактору и минимальную себестоимость угля по элементу «вентиляция».
Выемочные участки должны проветриваться воздухом, подаваемым за счет общешахтной депрессии.
В качестве основного способа управления горным давлением при столбовых системах разработки используется полное обрушение, реже — полная закладка выработанного пространства, а при выемке крутых пластов — удержание кровли на кострах.
Столбовые системы разработки широко используются во всех без исключения угольных бассейнах на тонких и средней мощности угольных пластах. При углах падения до 10° рекомендуются системы разработки длинными столбами по падению (восстанию), а при больших углах — длинными столбами по простиранию. На крутых пластах следует применять систему разработки длинными столбами по простиранию или столбами по падению со щитовыми перекрытиями.
К достоинствам столбовых систем разработки относятся:
хорошее состояние выемочных выработок, поддерживаемых в массиве угля или в зоне установившегося горного давления, и малые затраты на их поддержание;
исключение взаимных помех в работе по проведению выемочных выработок и очистной выемки; это позволяет эффективно использовать высокопроизводительную технику для очистных и подготовительных работ;
детальная разведка пласта в период подготовки столбов об условиях его залегания, возможность своевременного выявления геологических нарушений и принятия необходимых мер при пересечении их очистными забоями или подготовка новых забоев за нарушениями;
возможность погашения выемочных выработок частями по мере подвигания очистных забоев, что обеспечивает регулярность извлечения металлической крепи;
при возникновении пожара от самовозгорания оставшегося в выработанном пространстве угля возможность заизолировать его возведением герметичных перемычек в выемочных выработках, пройти новую разрезную печь и продолжить очистные работы без длительных перерывов.
Рис. 3. Система разработки длинными столбами:
1 — панельный бремсберг; 2 — ходки; 3 — ярусный конвейерный штрек; 4 — ярусный вентиляционный штрек; 5 — приемно-отправительная площадка; 6 — разрезная печь; 7 — лава; I—IV — этапы развития горных работ в пределах выемочного участка
Недостатки столбовых систем разработки следующие:
проведение большого объема подготовительных выработок до начала очистных работ, что удлиняет срок ввода шахты в эксплуатацию;
трудность проветривания подготовительных забоев в период проведения выработок;
ограничение нагрузки на лаву по газовому фактору, особенно на весьма газоносных пластах;
необходимость поддержания подготовительных выработок как в период их проведения, так и во время производства очистных работ. При пучащих почвах это приводит к большим расходам на их поддержание.
Системы разработки длинными столбами имеют следующие разновидности:
без разделения этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы);
с разделением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы);
по падению (восстанию).