4Основы подземной разработки пластовых месторождений

4.1Стадии 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 должка 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, квершлага, 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.

4.2Производственная 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, год). Различают проектную и фактическую производственную мощность шахты.

Срок службы (существования) шахты равен периоду, в течение которого отрабатываются промышленные запасы угля в пределах шахтного поля (см. разд. 4.3).

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

Z_пp = А_гТ_р.

При правильной конфигурации шахтного поля (см. разд. 4.3) промышленные запасы угля в шахтном поле определяются по формуле

Z_пp = SHΣPC_o,

где S — размер шахтного поля по простиранию, м; Н — размер шахтного поля по падению, м; ΣР — суммарная производительность рабочих пластов в шахтном поле, т/м²; С_о — общий коэффициент извлечения угля в шахтном поле.

Суммарная производительность пластов в шахтном поле равна

ΣР = m₁γ₁ + m₂γ₂ + …+ m_nγ_n,

где m_i — мощности рабочих пластов в шахтном поле, м; γ_i — 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 Т_п будет несколько больше расчетного за счет времени освоения проектной мощности и ее затухания к концу отработки запасов:

Т_п = Т_p + t_р + t_з,

где t_р — срок освоения проектной мощности шахты (принимается в зависимости от мощности равным 2–3 годам); t_з — срок затухания добычи к концу отработки запасов (принимается также равным 2–3 годам).

Между годовой А_г и суточной А_с мощностями шахты существует следующая зависимость:

А_г = 300А_с,

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 n_з, обеспечивающих заданную мощность, можно определить по формуле

n_з = h_g/ ℓ_з

где h_g — суммарная длина очистных забоев по шахте, м; ℓ_з — 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.