Комбинированное вскрытие

К комбинированным относятся способы, представленные комбинацией главных или вспомогательных вскрывающих выработок. Их применение вызвано сложностью условий залегания угольных месторождений: изменяющимися углами падения пластов, наличием сбросов, надвигов и других крупных геологических нарушений.

Наибольшее распространение получили в настоящее время способы вскрытия с главными наклонными и вспомогательными вертикальными стволами, т.к. в такой комбинации наиболее полно используются главные преимущества этих стволов. Обратная комбинация (главный вертикальный ствол и наклонный вспомогательный) используется редко, т.к. при этом не в полной мере используются достоинства этих стволов.

Шахтное поле самой крупной в СНГ шахты «Распадская» в южном Кузбассе вскрыто двумя главными наклонными и вспомогательными вертикальными стволами в сочетании с квершлагами. Наклонные стволы заложены в центре шахтного поля, вертикальные – в центре и у нижней технической границы каждого блока (шахтное поле разделено по простиранию на 5 блоков). Запасы блоков вскрыты соответствующими квершлагами.

Комбинированное вскрытие свиты пластов главным наклонным, вспомогательным вертикальным стволами и этажными гезенками показано на рис.2.34.

Рисунок 2.34 – Комбинированное вскрытие свиты пластов главным наклонным, вспомогательным вертикальным стволами и этажными гезенками

Область применения комбинированного вскрытия свиты пластов главным наклонным, вспомогательным вертикальным стволами и этажными гезенками:

Н ≤ 2500 м, наличие двух сближенных пластов, α ≤ 18-20⁰.

Комбинированное вскрытие вертикальными стволами, капитальным и этажными квершлагами показано на рис.2.35).

Область применения рассматриваемого способа – пласты с переменным углом падения. Крутая часть вскрывается этажными квершлагами, нижний из которых превратился в капитальный и предназначен для отработки пологой части месторождения. Такой способ применяется для вскрытия полей шахт «Романовская» ГП Луганскуголь, «Миусинская» ГП Донбассантрацит и др.

Комбинированное вскрытие свиты пластов главной штольней и вспомогательным вертикальным стволом приведено на рис.2.36.

Комбинированное вскрытие главной штольней и вспомогательным наклонным стволом показано на рис.2.37.

Рисунок 2.35 – Комбинированное вскрытие вертикальными стволами, капитальным и этажными квершлагами

Рисунок 2.36 – Вскрытие свиты пластов главной штольней и вспомогательным вертикальным стволом

Рисунок 2.37 – Комбинированное вскрытие главной штольней и вспомогательным наклонным стволом

Комбинированное вскрытие свиты пологих пластов вертикальными стволами, капитальным и этажными (ярусными) квершлагами приведено на рис.2.38.

Рисунок 2.38 – Вскрытие свиты пологих пластов вертикальными стволами, капитальным и этажными (ярусными) квершлагами

Способ применяется в тех случаях, когда свита состоит из двух групп пластов – одиночного и сближенных, расположенных на значительном удалении друг от друга, а размер поля по падению не превышает 2500 м, α ≤ 18-20⁰.

Комбинированное вскрытие свиты пологих пластов вертикальными стволами, погоризонтными и этажными (ярусными) квершлагами показано на рис.2.39.

Рисунок 2.39 – Вскрытие свиты пологих пластов вертикальными стволами, погоризонтными и этажными (ярусными) квершлагами

Применяется в тех же условиях, что и предыдущая схема, но при размере шахтного поля по падению более 2500 м.

Комбинированное вскрытие свиты пластов вертикальными стволами, самостоятельными околоствольными дворами, капитальным, этажными гезенками и капитальным квершлагом показано на рис.2.40.

Рисунок 2.40 – Вскрытие свиты пластов вертикальными стволами, самостоятельными околоствольными дворами, капитальным, этажными гезенками и капитальным квершлагом

Способ применяется, когда шахтное поле представлено двумя группами пластов, удаленных друг от друга на большом расстоянии. Нижняя свита, в свою очередь, представлена пластами, два из которых сближены, а верхний удален от них на расстоянии ≥ 100-150 м,

Н < 2500 м, α ≤ 18-20⁰.

Комбинированное вскрытие шахтного поля с большим числом дизъюнктивных геологических нарушений показано на рис.2.41.

Рисунок 2.41 – Комбинированное вскрытие свиты пластов с большим числом дизъюнктивных нарушений

Комбинированное вскрытие чаще всего встречается на старых шахтах в результате неоднократной их реконструкции, а также при вскрытии нарушенных месторождений. Ниже представлена схема привязки вертикального ствола к наклонным в процессе реконструкции шахты с целью улучшения ее проветривания и выполнения вспомогательных функций.

Рисунок 2.42 – Схема привязки вертикального вспомогательного ствола к главным наклонным

Выбор рационального способа вскрытия шахтного поля методом вариантов

Рациональный способ вскрытия шахтного поля выбирается с учетом большого числа факторов, главными из которых являются: геологические, топографические, горнотехнические и экономические.

Выбранный вариант вскрытия шахтного поля должен удовлетворять требованиям безопасности, быстрого введения шахты в эксплуатацию, обеспечивать заданную производственную мощность шахты, а также удобству ведения работ и соответствовать принятому способу подготовки пластов.

Выбор рационального способа вскрытия шахтного поля производится методом технико-экономического сравнения вариантов, состоящего из двух последовательно выполняемых этапов: на первом этапе намечаются возможные варианты вскрытия, которые в данных горно-геологических условиях могут рассматриваться как конкурирующие. На втором этапе производится выбор одного варианта вскрытия путем сравнительной технико-экономической оценки конкурирующих вариантов.

В качестве критерия выбора рационального варианта используются удельные приведенные затраты (капитальные и эксплуатационные). При этом наиболее экономичным вариантом вскрытия считается тот, при котором общая сумма приведенных затрат, отнесенная на 1 т промышленных запасов, будет наименьшей.

К капитальным относятся затраты, финансирование которых осуществляется за счет средств капитального строительства: инвестором, государством.

Капитальные затраты делятся на первоначальные и затраты будущих лет.

К первоначальным относятся затраты, которые производятся в период строительства шахты до сдачи ее в эксплуатацию: затраты на подготовку поверхности, строительство поверхностных зданий и сооружений; проведение стволов, квершлагов и других выработок, сооружение приемных площадок, околоствольных дворов, узлов сопряжений выработок и т.д. со стоимостью оборудования всех объектов.

К затратам будущих лет относятся капитальные затраты, которые производится в период эксплуатации шахты: углубка стволов, сооружение околоствольных дворов, квершлагов и других выработок на новых горизонтах, проведение уклонов с ходками со стоимостью оборудования этих выработок и т.д.

Для правильной оценки капитальных затрат их необходимо приводить к единому моменту времени. Это связано с тем, что первоначальные затраты по вариантам вскрытия могут значительно отличаться друг от друга, а затраты будущих лет могут производиться в разное время после пуска шахты в эксплуатацию.

При приведении капитальных затрат к единому моменту времени за базовый принимается год освоения проектной мощности шахты, реже – год пуска шахты в эксплуатацию

Приведенные капитальные затраты рассчитываются по формуле

(2.1)

где К_перв., К_буд. – капитальные затраты соответственно первоначальные и будущих лет, грн.;

Е – нормативный коэффициент приведения разновременных затрат, Е=0,1;

t_стр. – время строительства шахты, лет;

t – период приведения капитальныхзатрат, лет.

К эксплуатационным относятся затраты на проведение выработок (относимые на себестоимость угля), на поддержание выработок, подземный транспорт и подъем по стволам, водоотлив главный и вспомогательный и вентиляцию (для весьма газообильных шахт).

Удельные приведенные затраты по варианту вскрытия определяются по формуле:

(2.2)

где А_год. – годовая производственная мощность шахты, т;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Е_н=0,15);

К_пров. – затраты на проведение выработок, грн.;

К_под. – затраты на поддержание выработок, грн.;

К_тр. – затраты на транспорт и подъем по стволам, грн.;

К_вод. – затраты на водоотлив главный и вспомогательный, грн.;

К_вент. – затраты на вентиляцию (для весьма газообильных шахт), грн.;

Z_пром. – промышленные запасы, т.

Для определения t_стр. установлены следующие нормы продолжительности строительства и освоения проектной мощности шахт глубиной до 300 м включительно.

Для шахт с глубиной стволов более 300 м сроки строительства увеличиваются на каждые 100 м на 3 месяца. Нормы продолжительности строительства для шахт, опасных по внезапным выбросам угля и газа, увеличиваются на 10%. Для шахт с глубиной стволов более 1200 м продолжительность строительства устанавливается проектом.

Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат определяется по формуле:

(2.3)

где К₁ и К₂ – капитальные затраты по сравниваемым вариантам вскрытия, грн.;

С₁ и С₂ – себестоимость готовой продукции по учтенным затратам по этим вариантам, грн./т.

Себестоимость готовой продукции по учтенным затратам и сравниваемым вариантам ориентировочно определяется по формуле:

(2.4)

где ∑С_эксп. – сумма эксплуатационных затрат по варианту, грн.;

∑К_пр.кап. – сумма приведенных капитальных затрат по вариан-

ту, грн.;

Т_служ. – срок службы шахты, лет.

Срок окупаемости капитальных затрат в угольной промышленности рекомендуется принимать равным 7-и годам. Более выгодным следует считать тот вариант, который имеет меньший срок окупаемости.

Удельные затраты на 1 т запасов не являются себестоимостью добываемого угля, так как они не учитывают все затраты (например, на очистные работы).

Определение экономии за счет более быстрого ввода шахты в эксплуатацию производится по формуле:

, грн. (2.5)

где t_оп. – время опережающего пуска шахты (разница в сроках ввода шахты в эксплуатацию по сравниваемым вариантам), лет;

А_t – годовая добыча шахты в t-ом году по варианту с ускоренным вводом (определяется на базе сроков освоения проектной мощности), т;

Ц – оптовая цена угля по варианту с ускоренным сроком сдачи, грн., (по данным выполненных проектов);

η - % полной себестоимости 1 т угля от отпускной цены, по данным проектов строительства новых шахт для условий Донбасса

η = 90-95%.

При сравнении различных вариантов вскрытия необходимо учитывать только отличающиеся затраты. Одинаковые затраты учету не подлежат. Учитываются только существенные затраты, причем, мерой существенности является их относительная, а не абсолютная величина.

Варианты считаются экономически равноценными, если суммарные приведенные затраты по вариантам различаются не более чем на 10%. В этом случае предпочтение следует отдать варианту более приемлемому в техническом отношении. Разница в 10% лежит в пределах точности расчетов и степени точности исходных величин (главным образом, стоимостных параметров).

Рекомендации по практическому применению метода вариантов:

- выбрать технически целесообразные для данных условий схемы вскрытия;

- определить наивыгоднейшие параметры для каждой из выбранных схем вскрытия, включая количество вскрывающих выработок, их сечения, вид крепи, транспорт по ним;

- вычертить в масштабе отобранные для сравнения варианты вскрытия (в вертикальном разрезе и в плане);

- определить по отобранным вариантам отдельно объемы первоначальных работ (на момент пуска шахты в эксплуатацию) и работ будущих лет для каждого последующего этажа, горизонта, блока, а также объемы работ по эксплуатационным расходам;

- на основании рассчитанных объемов работ подсчитать по стоимостным параметрам капитальные затраты первоначальные и будущих лет, а также эксплуатационные расходы;

- определить время сооружения тех объектов шахты, по которым отличаются сравниваемые варианты вскрытия, и рассчитать экономию по тому варианту, при котором шахта сдается в эксплуатацию быстрее;

- рассчитать суммарные и удельные (на 1 т запасов) приведенные затраты по вариантам;

- на основании экономического сравнения принять наивы-годнейший вариант вскрытия.

Обобщенный проектный опыт позволяет рекомендовать следующие сечения вертикальных стволов, удовлетворяющие требованиям скорости движения воздуха, депрессии и размещаемых в них габаритов транспортных средств:

- площадь поперечного сечения главного скипового верти-кального ствола в свету принимать равной 23,8-38,5 м² при 6000 ≤ А_сут. ≤ 15000 т/сут. и 44 – 56,5 м² при А_сут. > 15000 т/сут;

- площадь поперечного сечения вспомогательных клетевых стволов в свету достаточно принимать равной 28,4 м² при А_сут. ≤ 10000 т/сут.; 38,5 м² при 10000≤ А_сут. ≤ 15000 т/сут. и 57 – 63,5 м² при А_сут.> 15000 т/сут.

Капитальные и блоковые квершлаги, а также магистральные, главные и коренные штреки рекомендуется принимать двухпутевыми на всем протяжении при креплении металлическими арками или бетоном (квершлаги) с ориентировочной площадью сечения 11,4 м². Вентиляционные квершлаги и штреки, по которым транспортируют вспомогательные грузы, достаточно принимать однопутными (площадь сечения 5,7-7,7 м²) с устройством разминовок при длине выработки более 1000 м.

Площадь сечения в свету панельных бремсбергов (уклонов), оборудованных одноконцевой откаткой для транспортирования угля, может быть принята равной 6 м², а рельсовых ходков при них – 5,2 м².

Рекомендуются следующие площади сечения выработок, оборудованных ленточными конвейерами, при различной суточной нагрузке на выработку.