7. Системы разработки с короткими забоями. Камерная система разработки.

К группе систем разработки с короткими забоями относят системы, длина очистных забоев которых не превышает 20 м. При применении этих систем все процессы очистной выемки упрощаются, в результате чего значительно увеличивается скорость подвигания забоев. Эти обстоятельства позволяют достичь высокой нагрузки на пласт. Вместе с тем системы разработки с короткими забоями имеют недостаток — большие потери угля в недрах.

Можно выделить следующие виды систем разработки с короткими очистными забоями: камерные; короткими столбами и др.

При камерных системах разработки основным элементом системы является камера. Выемка камер (рис. 9) производится прямым ходом, обратным или перпендикулярно к длинной оси камеры (поперечная выемка). Они располагаются по простиранию, падению (восстанию) и диагонально и крепятся с использованием штанговой крепи, так как поддержание кровли осуществляется целиками угля или породы кровли совсем не крепятся. Таким образом, угольные целики — второй важный элемент камерных систем разработки.

Устойчивость целиков зависит от прочностных свойств угля, мощности пласта и условий его залегания. К основным параметрам камерных систем разработки относятся: ширина целиков, ширина и длина камер, размеры выемочных участков, число одновременно отрабатываемых камер.

Рис. 9. Порядок отработки камер:

а — прямым ходом; б — обратным ходом; в — поперечная выемка

Характерной особенностью систем разработки короткими столбами является деление выемочного поля подготовительными выработками на столбы, имеющие форму, близкую к квадрату (рис. 10). Отработку столбов производят отдельными камерами с оставлением между ними целиков угля. Крепление или полностью отсутствует, или выполняется в минимальном объеме.

Системы разработки с короткими забоями применяются на горизонтальных и пологих пластах мощностью от 1,5 до 3,5 м, залегающих на глубине до 300 м, при газоносности их не более 10 м³/т, а также на пластах, не опасных по горным ударам.

Рис. 10. Система разработки короткими столбами

Камерная система разработки получила широкое распространение в США, Канаде, Австралии и ЮАР. На долю этой системы в США приходится около 63 %, ЮАР — 58 %, Австралии — 53 % всей подземной добычи угля. Камерные системы разработки применяются в основном там, где отмечаются благоприятные горно-геологические условия залегания угольных пластов. Они характеризуются стабильной мощностью, почти горизонтальным залеганием при выдержанной гипсометрии, относительно небольшой глубиной залегания, малой газо- и водообильностью и отсутствием существенных геологических нарушений в пределах шахтных полей.

Однако в связи с ростом потребности в угле, а также из-за истощения его запасов, залегающих в благоприятных условиях, все большее внимание уделяется разработке оборудования и технологий, которые позволяют достичь значительно большей производительности и могут быть использованы при разработке угольных пластов, залегающих в сложных горно-геологических условиях. Основное распространение к настоящему времени получила технология выемки угля в камерах с применением комбайнов типа «Континиус майнер», посадочных крепей типа MRS или ABLS, самоходных вагонов на пневмоходу типа «Шатл кар», средств для бурения скважин в кровле и возведения анкерной крепи.

При камерной системе (рис. 11) от главных или панельных штреков вначале проводят так называемые горловины — узкие выработки шириной 2 м и длиной 3-5 м. Далее выработку расширяют до 4-12 м (принятая ширина камер). Очистной забой камеры подвигают до границы шахтного поля, этажа или панели. Между камерами оставляют междукамерные целики шириной 3-5м. При определенном для конкретных горно-геологических условий соотношении ширины камер и целиков полностью исключается или уменьшается объем работ по креплению. Для поддержания кровли в камерах часто применяют штанговую крепь.

Камеры можно проводить перпендикулярно к главным или панельным штрекам и под некоторым углом к ним. Для последовательной вентиляции камер их сбивают сбойками.

Уголь в самоходных вагонах доставляется на сборный участковый штрек и разгружается на ленточный конвейер, которым он транспортируется к панельному штреку для погрузки в вагонетки. Одним из эффективных методов подземной разработки угольных месторождений в США считается непрерывная выемка с применением угольных комбайнов. Комбайны в камерах работают при углах падения пластов до 10°. Для крепления очистных камер применяют штанговую крепь.

Рис. 11. Камерная система разработки:

1 — горловина; 2 — главный штрек; 3 — междукамерные вентиляционные сбойки; 4 — междукамерный целик; 5 — камера

При варианте камерной системы разработки с расширением камер обратным ходом (рис. 12) от выемочных штреков нарезают камеры шириной, в 1,5 раза меньшей предусмотренной проектом. После отработки на полную длину камеру расширяют обратным ходом до проектных размеров. Недостатки этого варианта камерной системы разработки — большие потери угля, достигающие 45—50 %, и возможность его самовозгорания.

Рис. 12. Камерная система разработки с расширением камер обратным ходом

В Кузнецком бассейне на мощных крутых пластах применяется камерная система разработки подэтажными штреками. Подготовка участка при этой системе разработки заключается в проведении подэтажных штреков, разделяющих этаж на подэтажи (рис. 12). Через каждые 30—50 м по простиранию с промежуточных штреков бурят скважины и проходят ходовые печи, разделяющие выемочный участок по падению на отдельные столбы. Из ходовых печей на ширину столба проводят подэтажные штреки.

В зависимости от принятого шага обрушения пород кровли и ширины междукамерного целика с подэтажного штрека на всю высоту подэтажа пробуриваются скважины диаметром не менее 500 мм, по которым проходят разрезные печи. Между подэтажными штреками проводят печи, предназначенные для выпуска угля из камеры. Расстояние между печами по простиранию 5—6 м. Размещение их под камерой следует принимать из условия обеспечения наиболее полного выпуска отбитого угля.

Высота подэтажа при размещении подэтажных штреков в нем на расстоянии 6—8 м друг от друга принимается равной 40 м. Число подэтажей зависит от наклонной высоты этажа. Расстояние между верхним (вентиляционным или промежуточным) и нижележащим подэтажными штреками принимают равным 4—5 м исходя из условия эффективного разрушения целика между ними взрывными работами только с подэтажного штрека. Между конвейерным и вышележащим подэтажными штреками расстояние принимают в зависимости от устойчивости целика угля, расположенного между ними. До начала очистных работ проведение подготовительных выработок в выемочном столбе должно быть закончено. При мощности пласта более 6 м для улучшения условий проветривания и отбойки угля подэтажные штреки и разрезные печи проводятся как по лежачему, так и висячему бокам пласта. Отработка подэтажей ведется в нисходящем порядке с опережением работ в вышерасположенном подэтаже не менее чем на 15 м.

Отбойка угля при системе разработки подэтажными штреками производится полосами или путем блокового обрушения без присутствия людей в рабочем пространстве. Проветривание камер осуществляется за счет общешахтной депрессии. Свежий воздух поступает по ходовой печи, подэтажному штреку, омывает камеру и возвращается по верхнему подэтажному штреку (вентиляционному) к ходовой печи до вентиляционного штрека.

Рассмотренная система разработки характеризуется большими потерями угля и опасностью его самовозгорания, поэтому обязательным условием для ее применения является профилактическое заиливание отработанных камер.

Область применения — пласты, расположенные под водоемами, железными дорогами, застроенной поверхностью.

Достоинством камерных систем разработки является большая производительность при отработке камер и простота способа управления горным давлением.

К недостаткам камерных систем разработки относятся большие потери угля (в некоторых случаях достигающие 50 %), опасность эндогенных пожаров, для борьбы с которыми приходится производить закладку или заиливание выработанного пространства, и в ряде случаев сложные условия проветривания забоев очистных и подготовительных выработок.

Камерно-столбовая система разработки является комбинацией камерных и столбовых систем. Вначале проводят камеры, которыми нарезают междукамерные столбы, отрабатываемые обратным порядком. В связи с этим при камерно-столбовых системах разработки используются два типа забоев: камеры и заходки (рис. 13). Из забоев камер добывают 25—50 %, а из заходок, погашающих столбы, — 50—75 % извлекаемого угля. Целики обычно извлекаются не полностью, но потери при камерно-столбовой системе разработки, как правило, меньше, чем при камерной, и составляют 25—30 %, а в отдельных случаях 12—18 %. При камерно-столбовой системе разработки (рис. 13), когда ширина камер составляет 4—12 м, ширину междукамерных целиков принимают равной 4—15 м. Проведение камер начинают с горловины. При двустороннем расположении камер их длина равна 80—100 м. Таким образом, камерами нарезают длинные столбы, которые затем вынимают обратным ходом на всю его ширину или отдельными заходками. В последнем случае теряется больше полезного ископаемого и не устраняется опасность возникновения эндогенных пожаров.

Уголь в камерах и столбах вынимают буровзрывным и механическим способами. По мере выемки в камерах со стороны горловины наращивают конвейер, который используют и при выемке столбов. Ширина камер зависит от горного давления.

Рис. 13. Камерно-столбовая система разработки:

1 - камеры; 2 - заходка; 3 - вентиляционный штрек; 4 - бремсберг; 5 - откаточный штрек

Область применения — горизонтальные и пологие пласты мощностью 1,5—3,0 м с относительно устойчивыми породами кровли, не склонными к горным ударам, и низкой газоносностью.

Достоинством камерно-столбовой системы разработки по сравнению с камерной является сокращение потерь угля.

Недостатком следует считать более низкую производительность труда.

Областью эффективного применения камерно-столбовой системы разработки в России следует считать запасы угля на участках неправильной формы, в выемочных столбах с ограниченными запасами угля и на участках с невыдержанной мощностью пластов, где применение длинно-столбовой системы разработки экономически не эффективно. По мере накопления опыта, совершенствования технологии выемки угля камерами и доведения потерь угля до 10—15 % камерно-столбовые системы могут применяться на участках, пригодных для отработки длинными столбами.