Вскрытие месторождений. Классификация способов вскрытия. Дать определение понятиям: рудное поле, схема вскрытия

Вскрытием называют обеспечение доступа с поверхности земли к месторождению или его части путем проведения вскрывающих горных выработок и создания условий подготовки полезного ископаемого к выемке путем проведения подготовительных выработок. Совокупность вскрывающих и подготовительных выработок создают сеть, необходимую для: транспортирования горной массы от очистного забоя до поверхности земли; доставки материалов и оборудования к очистным и подготовительным забоям; перевозки людей к рабочим местам и обратно; сбора воды в шахте и откачки ее на поверхность; подачи свежего воздуха к очистным и подготовительным забоям и отвода загрязненного воздуха на поверхность и пр.

Вскрывающие выработки подразделяются на основные и дополнительные. Основные вскрывающие выработки имеют непосредственный выход на земную поверхность: К ним относятся вертикальные или наклонные стволы, штольни и шурфы. Выработки, по которым полезное ископаемое выдается на поверхность, называются главными, а выработки, предназначенные для спуска-подъема людей, материалов и оборудования, вентиляция и других операций – вспомогательными. Дополнительные вскрывающие выработки не имеют непосредственного выхода на земную поверхность. К ним относятся квершлаги, гезенки, слепые стволы, капитальные бремсберги и уклоны. Если дополнительные вскрывающие выработки служат весь срок отработки запасов шахтного поля, то они называются капитальными, если служат в течение времени отработки запасов горизонта при пологом падении пластов - горизонтными, если служат в течение времени отработки запасов одного этажа при крутом падении пластов – этажными.

Вертикальныестволы как вскрывающие выработки имеют следующие преимущества: большое сечение, что обеспечивает пропуск необходимого количества воздуха в шахту; меньше затраты на поддержание и обслуживание; возможность совмещения в стволе различных транспортных операций. Основные недостатки вертикальных стволов: большие затраты на проходку; цикличность подъемных операций; сложность процесса углубки.

Наклонныестволы, оборудованные ленточными конвейерами, обеспечивают возможность транспорта угля от забоя до поверхности и характеризуются большой пропускной способностью. К недостаткам наклонных стволов следует отнести большую по сравнению с вертикальными стволами протяженность и большие затраты на поддержание, сложность проходки в неблагоприятных горно-геологических условиях.

Вскрытие штольнями является наиболее простым и экономичным способом, но может применяться только в гористой местности.

При вскрытии вертикальными стволами взаимное расположение воздухоподающего и воздухоотводящего стволов в шахтном поле определяет схему вентиляции шахты. Центрально-сдвоенное (рис. 3.23, a) и центрально-отнесенное (рис. 3.23, b) расположение стволов определяют центральную схему проветривания. Ее недостатком является непрерывное по мере подвигания горных работ изменение суммарной длины проветриваемых выработок, что усложняет управление воздушными потоками в шахте. При фланговой схеме проветривания (рис. 3.23, c) воздух поступает через ствол в центре шахтного поля, а выходит через стволы, расположенные на флангах. В этом случае суммарная длина проветриваемых выработок постоянна. Сочетание центральной и фланговой схем проветривания определяет комбинированную схему (рис. 3.23, d).

Рисунок 3.23. Расположение вентиляционных стволов в шахтном поле:
a – центрально-сдвоенное; b – центрально-отнесенное; c – фланговое; d – комбинированное.

Площадь поперечного сечения главного ствола зависит от числа и габаритов размещенных в нем подъемных сосудов (скипов), а воздухоподающего – от количества подаваемого в шахту воздуха.

Способвскрытия – качественная характеристика шахты, отражающая вид и взаимное расположение главных и вспомогательных выработок, проводимых с поверхности земли для создания доступа к шахтному полю или к его части. Способывскрытия различаются: по типу основной вскрывающей выработки (вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированный, представляющий сочетание этих выработок); по числу транспортных горизонтов (одногоризонтные и многогоризонтные); по типу дополнительных вскрывающих выработок (без дополнительных вскрывающих выработок, с квершлагами, гезенками, слепыми стволами).

На выбор способов вскрытия оказывают влияние следующие факторы: размеры шахтного поля; угол падения, мощность и число пластов в шахтном поле, расстояние между пластами; мощность наносов, рельеф поверхности и глубина разработки; нарушенность месторождения и свойства вмещающих пород; газоносность, выбросо- и удароопасность угольных пластов, обводненность месторождения и склонность угля к самовозгоранию; производственная мощность и срок службы шахты, уровень развития горнодобывающей техники, надежность вентиляции и др.

Рисунок 3.24. Вскрытие одиночного пласта вертикальными стволами
без дополнительных вскрывающих выработок:
1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – шурф; 4 – панельные бремсберги с ходками; 5 – околоствольный двор; 6 – откаточный штрек; 7 – уклонная часть

Основными требованиями при выборе способа вскрытия являются: минимальный объем вскрывающих горных выработок и минимальные первоначальные капитальные затраты на строительство шахты; обеспечение производственной мощности шахты при максимально возможных нагрузках на очистной забой и на пласт при ограниченном числе одновременно разрабатываемых пластов; концентрация грузопотоков и преимущественное применение конвейерного транспорта; сокращение протяженности поддерживаемых горных выработок; возможность периодического обновления горного хозяйства шахты за счет реконструкции; эффективное проветривание горных выработок при полном соблюдении правил безопасности и охраны труда.

Вскрытие одиночных пластов осуществляют без дополнительных вскрывающих выработок, ограничиваясь проходкой только шахтных стволов. На рис. 3.24 представлено вскрытие одиночного пласта вертикальными стволами с расположением околоствольного двора в лежачем боку пласта. Шахтное поле по падению разделено на две ступени: бремсберговую и уклонную. На рисунке показано деление шахтного поля на панели.

Рисунок 3.25. Вскрытие пологого пласта наклонными стволами:
1,3 – вспомогательные стволы; 2 – главный ствол; 4 – этажный вентиляционный штрек; 5 – просек; 6 – этажный откаточный штрек; 7 –околоствольный двор

На рис. 3.25 представлено вскрытие одиночного пласта наклонными стволами. Обычно по пласту полезного ископаемого проходят несколько параллельных друг другу стволов: один из них является главным, остальные – вспомогательными. При таком вскрытии шахтного поля пласт делят на этажи. Стволы проходят до отметки первого этажа. После этого начинаются подготовительные работы в этаже. Отработка крыльев шахтного поля может осуществляться как прямым, так и обратным ходом. В первом случае объем подготовительных работ до начала очистной выемки минимальный. На схеме (рис. 3.25, b) показан обратный порядок отработки. До окончания очистных работ в первом этаже осуществляют проходку стволов до отметки второго этажа, где вновь осуществляют подготовку очистных забоев.

Вскрытие наклонными стволами требует меньших капитальных затрат, чем вскрытие вертикальными стволами, позволяет быстрее начать очистные работы и осуществить полную конвейеризацию транспорта полезного ископаемого от очистного забоя до поверхности. Этот способ вскрытия целесообразно применять при освоении месторождений с пологими или наклонными пластами, залегающими близко к поверхности.

На рис. 3.26 показана одногоризонтная схема вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами с капитальным квершлагом. При этом шахтное поле по падению делится на две выемочные ступени – бремсберговую и уклонную. Главный и вспомогательный стволы расположены в центре шахтного поля и пройдены до отметки горизонта, а непосредственное вскрытие пластов осуществляется капитальным квершлагом. Сначала отрабатывают пласты бремсберговой части, затем – уклонной.

Рассматриваемая схема вскрытия применяется преимущественно на пологих пластах и размерах шахтного поля по падению до 2..2,5 км. При очень пологих пластах, когда горизонтальные квершлаги становятся слишком длинными, их заменяют гезенками.

Достоинствами вскрытия вертикальными стволами с капитальным квершлагом являются его простота, большой срок службы транспортного горизонта и отсутствие углубки стволов во время эксплуатации шахты.

Рисунок 3.26. Вскрытие вертикальными стволами с капитальным квершлагом:
a – вертикальный разрез; b – план транспортного горизонта; 1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – капитальный квершлаг; 4 – главный штрек; 5 – шурф

Недостатком этой схемы вскрытия является наличие уклонной ступени, осложняющее ее проветривание и транспортное обслуживание, необходимость участкового водоотлива в уклонах, утечки воздуха между уклоном и ходками.

Рисунок 3.27. Вскрытие вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами:
1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – квершлаг 1-го горизонта; 4 – главный штрек; 5 – квершлаг 2-го горизонта; 6 – вентиляционные шурфы.

После углубки стволов и вскрытии нижней части шахтного поля квершлагом образуется второй горизонт (рис. 3.27). Такой способ называется вскрытием вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами. По сравнению с одногоризонтной схемой вскрытие вертикальными стволами с погоризонтными квершлагами имеет следующие достоинства: возможность отработки запасов бремсберговыми полями, проще и надежнее схема проветривания, возможность обновления горного хозяйства шахты при переходе на новый горизонт.

Недостатки – дополнительный околоствольный двор, необходимость углубки шахтных стволов и замены подъемных машин, увеличение капитальных затрат при переходе на нижний горизонт.

При вскрытии свиты пластов наклонными стволами параллельно друг другу проводят несколько стволов: один из них главный, остальные – вспомогательные. Стволы проводят по нижнему пласту вскрываемой свиты или в устойчивых породах лежащего бока. Для обеспечения доступа ко всем пластам свиты дополнительной вскрывающей выработкой может быть капитальный квершлаг (рис. 3.28), погоризонтные или этажные квершлаги. Для схем вскрытия наклонными стволами характерны те же достоинства и недостатки, что и для схем с вертикальными стволами.

Рисунок 3.28. Вскрытие наклонными стволами с капитальным квершлагом:
1, 2 – наклонные стволы; 3 – шурф; 4 –капитальный квершлаг; 5 –штрек

Вскрытие крутонаклонных и крутых пластов производят вертикальными стволами и этажными квершлагами (рис. 3.29). Стволы во избежание потерь угля в охранных целиках под промплощадкой располагают в лежачем боку свиты. В этом случае стволы не будут подвергаться деформациям под влиянием очистных работ.

Рисунок 3.29. Вскрытие вертикальными стволами и этажными квершлагами:
1 – главный ствол; 2 – вспомогательный ствол; 3 – откаточный штрек;
4 – этажный квершлаг; 5 – шурф; 6 – плоскость сдвижения горных пород

При вскрытии стволы проходят до отметки транспортного горизонта первого этажа, где сооружается околоствольный двор. От околоствольного двора проводят этажный квершлаг, обеспечивающий доступ к угольным пластам. По мере отработки первого этажа стволы углубляют до второго горизонта (этажа) и так далее.

Достоинствами схемы вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами являются простые схемы транспорта и проветривания. Недостатки схемы – небольшой срок службы этажа, частая углубка стволов, оборудование околоствольных дворов на каждом горизонте и др.

Вскрытие штольнями (рис. 3.30) применяют в гористой местности. В зависимости от условий расположения промплощадки и удобства прокладки подъездных путей штольни могут быть пройдены как вкрест простирания, так и с фланга залежи полезного ископаемого. Устье штольни должно находиться выше возможного максимального уровня паводковых вод.

Рисунок 3.30. Вскрытие штольней пологих (a) и крутопадающих (b) пластов:
1, 2 – штольни; 3 – гезенк; 4 – квершлаг; 5 – слепой ствол

Вскрытие штольнями может применяться при любых углах падения пластов. При пологом залегании пластов отработка запасов на штольневом горизонте может осуществляться бремсберговыми и уклонными полями. Для выдачи исходящей струи из уклонной ступени необходимо провести вентиляционную штольню.

Достоинства вскрытия штольнями по сравнению со стволами: проще схемы транспортирования грузов и водоотлива; отсутствует подъем; простая схема поверхностного комплекса.

Комбинированное вскрытие применяют в тех случаях, когда сочетание элементов различных схем вскрытия позволяет достичь необходимого технологического и экономического эффекта.

Комбинированное вскрытие представляет собой наличие разного типа основных вскрывающих выработок: вертикальный и наклонный стволы; штольня и вертикальный ствол; штольня с наклонными стволами и др. В качестве главной вскрывающей выработки чаще используется наклонный ствол, проводимый под углом не более 18°, в качестве вспомогательной – вертикальный. Главный наклонный ствол оборудуют мощным ленточным конвейером, что обеспечивает конвейерный транспорт полезного ископаемого от забоя до поверхности. По вертикальному стволу осуществляется вспомогательный транспорт: спуск-подъем людей, доставку материалов и оборудования и др.

На рис. 3.31 представлено комбинированное вскрытие с капитальным квершлагом и непосредственной погрузкой угля на наклонный ствол.

Рисунок 3.31. Вскрытие наклонным и вертикальным стволами:
1 – штреки; 2 – капитальный квершлаг; 3 – вспомогательный вертикальный ствол; 4 – главный наклонный ствол; 5 – загрузочный бункер