Системы разработки угольный пластов и их классификация

Система разработки — определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах разрабатываемой части пласта, увязанный в простран­стве и времени. Этими частями могут быть этаж (подэтаж), панель, ярус (подъя- рус).

Рациональная система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать безопасность ведения горных работ; обусловливать высокий уровень технико-экономических показателей; иметь минимальные поте­ри. Под технико-экономиче-скими показателями понимают наибольший уровень производительности труда и минимальную себестоимость добычи полезного ис­копаемого.

На выбор системы разработки оказывают влияние различные факторы. Основными из них являются: форма залегания, строение, мощность и угол паде­ния пласта; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и обводненность ме­сторождения; склонность угля к самовозгоранию; склонность угольных пластов к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ.

Наибольшее влияние на выбор системы разработки оказывают мощность и угол падения пласта. От мощности пласта зависит решение таких вопросов, как способ проведения и поддержания горных выработок, выбор технологии очист­ных работ, возможность разработки пласта на полную мощность или необходи­мость деления его на слои, крепление очистной выработки и управление горным давлением. Выбор средств механизации очистных работ, крепления и управления кровлей во многом зависит и от угла падения пласта. Этот фактор является реша­ющим при выборе средств доставки угля в забое при его расположении по паде­нию пласта. Его также учитывают при выборе формы и длины очистного забоя.

Свойства вмещающих пород являются решающим фактором при выборе спо­соба управления горным давлением (управления кровлей), а также поддержани­ем выемочных выработок и их расположения. Они оказывают существенное вли­яние на выбор средств механизации очистных работ.

Такой фактор, как склонность угля к самовозгоранию, обусловливает необ­ходимость принятия таких решений, которые обеспечивали бы резкое снижение потерь угля. На удароопасных пластах необходимо избегать таких ситуаций, ког­да в угольных целиках и краевых зонах проявляется повышенная концентрация напряжений.

Перечисленные факторы, как правило, оказывают комплексное влияние на выбор систем разработки и их параметров.

Разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов пре­допределяет применение различных систем разработки и их вариантов. Системы разработки пластовых месторождений можно представить в виде следующей классификации.

Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность.

С длинными очистными забоями (сплошные, столбовые, комбинирован­ные).

С короткими очистными забоями (столбовые, камерные, камерно- столбовые, подэтажные штреки, полосы и заходки).

С разделением пласта на слои (наклонные, горизонтальные и поперечно- наклонные).

Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность характеризуют­ся относительной простотой, т. к. все подготовительные выработки располагаются в плоскости пласта. Системы разработки с разделением пласта на слои конструк­тивно более сложны и многообразны. Около 75 % подземной добычи угля дают столбовые системы разработки с длинными очистными забоями.

Сплошная система разработки характеризуется одновременным ведением подготовительных и очистных работ в выемочном поле. Забои откаточного (кон­вейерного) и вентиляционного штреков, формирующих выемочное поле, движут­ся в том же направлении, что и очистной забой.

В зависимости от наклонной высоты этажа (яруса) в нем может размещать­ся один или два-три очистных забоя. Если в пределах этажа (яруса) размещает­ся очист-ной забой, то такой вариант сплошной системы разработки называет­ся лава —этаж (лава —ярус). Если возникает необходимость размещения в эта­же по падению двух-трех очистных забоев, то этаж делят на подэтажи. В связи с изложенным и с учетом угла падения пластов существуют различные варианты сплошной системы разработки: на пологих и наклонных пластах— лава —этаж или с разделением этажа ни подэтажи при этажной подготовке, лава —ярус — при панельной подготовке; на крутонаклонных и крутых пластах — лава —этаж или с разделением этажа на подэтажи с прямолинейной или потолкоуступной формой забоя.

Достоинствами сплошной системы разработки являются быстрый ввод в экс­плуатацию очистных забоев и возможность размещения в шахте пустой породы, получаемой при проведении подготовительных выработок. Основные недостат­ки: сложность совмещения подготовительных и очистных работ в одном выемоч­ном поле; большие затраты на поддержание подготовительных выработок; отсут­ствие доразведки условий залегания угольного пласта; утечки воздуха через выра­ботанное пространство.

Столбовая система разработки — это такая система, при которой часть пла­ста в пределах этажа или яруса до начала очистных работ оконтуривается подго­товительными выработками, в результате чего образуются столбы. В зависимо­сти от ориентировки столба относительно элементов залегания пласта различают длинные столбы по простиранию, длинные столбы по падению (восстанию), ди­агональные столбы (рис. 6.27, 6.28, см. вкл.). Наиболее распространенными явля­ются разновидности системы разработки длинными столбами по простиранию: на пологих и наклонных пластах — лава — этаж или с разделением этажа на подэ­тажи при этажной подготовке, лава —ярус — при панельной подготовке; на кру­тонаклонных и крутых пластах — лава — этаж или с разделением этажа на подэ­тажи.

Наиболее распространенными разновидностями столбовой системы разра­ботки являются длинные столбы по простиранию при панельной подготовке (ва­риант лава — ярус) и с разделением этажа на подэтажи.

На пологих пластах средней мощности широко применяют систему разработ­ки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке.

Система разработки длинными столбами по простиранию характеризуется многообразием применяемых вариантов. Иногда применяют такие разновидно­сти, у которых просматриваются признаки сплошных и столбовых систем разра­ботки. Это комбинированные системы разработки. Систему разработки длинны­ми столбами по простиранию применяют при любых углах падения на пластах средней мощности, а на пологих пластах при комплексно-механизированной вы­емке — до 5 — 6 м. Ее преимущество состоит в том, что снижаются затраты на под­держание подготовительных выработок, обеспечиваются доразведка условий за­легания угольного пласта и независимое ведение подготовительных и очистных работ. Недостатки: более поздний срок ввода в эксплуатацию выемочных полей и более сложная схема проветривания.

Разновидностью столбовой системы является щитовая система разработки, применяемая преимущественно на мощных крутых пластах (рис. 6.29, см. вкл.). Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пла­ста на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щи­товой крепи конструкции Н.А. Чинакала.

Достоинствами щитовой системы разработки являются: отсутствие в техноло­гическом цикле работ по креплению забоя и управлению кровлей, использования крутого падения для доставки угля, сравнительно высокие технико-экономические показатели. Недостатки: значительные эксплуатационные потери, достигающие 25 — 30 %; большой объем подготовительно-нарезных работ (40 — 45 м на 1000 т до­бычи), необходимость выдержанных элементов залегания пласта, забучивание пе­чей, высокая пожароопасность.

Мощные угольные пласты в некоторых горно-геологических условиях не представляется возможным отрабатывать на полную мощность. Их отработку осуществляют отдельными частями — слоями. Слой — ограниченная двумя па­раллельными плоскостями часть мощного угольного пласта, отрабатываемая как пласт средней мощности.

Условные плоскости, разделяющие пласт на слои, могут располагаться парал­лельно кровле и почве, горизонтально или наклонно к плоскости напластования. В зависимости от этого различают деление мощных пластов на наклонные, гори­зонтальные и поперечно-наклонные слои (рис. 6.30).

Рис. 6.30. Схемы деления мощного пласта на наклонные (а), горизонтальные (б) и

поперечно-наклонные (в) слои

Слоевая система разработки — эта такая система, при которой выемка пла­ста производится путем последовательной или параллельной отработки слоев раз­личного направления.

Выбор порядка отработки слоев зависит от свойств угля и вмещающих по­род, метаноносности пласта и способа управления кровлей. При управлении кровлей полным обрушением применяется нисходящий порядок выемки слоев. Восходящий порядок возможен только при применении полной закладки вырабо­танного пространства. При комбинированном порядке выемки слоев применяют полное обрушение и закладку.

Особенность этой системы разработки заключается в том, что в слоях забла­говременно слоевые штреки по углю не поводят, а сооружают их в закладываемом пространстве, что обусловливает снижение удельного объема проведения подго­товительных выработок.