Основы горного дела (стр. 2 )

Аксонометрическое изображение шахтного поля неудобно для инженерных чертежей и поэтому принято изображать его в проекциях на горизонтальную плоскость (план) и в разрезе по линии падения пласта. На
рис. 4б показан вертикальный разрез шахтного поля плоскостью, проходящей по линии падения пласта и в проекционной связи с ним план шахтного поля. Глубина начала работ h0, размер шахтного поля по падению Н на разрезе отображаются в натуральную величину (в соответствующем масштабе). На плане размер шахтного поля S отобразится в натуральную величину, а размер Н - как проекция на горизонтальную плоскость.

Таким образом, шахтное поле характеризуется размерами по простиранию и падению пласта, глубиной начала работ и углом падения пласта.
Естественно, должна быть определена и мощность пласта. На реальных
шахтах размеры шахтных полей по падению находятся в пределах от 800 м
до 4000 м, размеры по простиранию - от 4000 м до 20000 м.

Количество угля, находящееся в пределах шахтного поля, называют
запасами шахтного поля. Величина запасов шахтного поля современных
шахт достигает 250-300 млн. т.

Задание для самоконтроля

Вычертите с указанием размеров план шахтного поля по пласту угля,
падающему на Восток. Размеры шахтного поля: Н = 2000 м, S = 5000 м.
Глубина верхней границы h0 = 500 м, угол падения пласта α = 10 град.

(ответ в приложении)

4. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Разработка шахтного поля начинается со строительства шахты, в
процессе которого осуществляется вскрытие пласта и его подготовка.
Вскрытый и подготовленный пласт подлежит эксплуатации. В течение времени эксплуатации шахты работы по подготовке, а иногда и по вскрытию,
продолжаются. Имеет место так называемое воспроизводство выбывающей
линии очистных забоев. Эти работы продолжаются до полной отработки
запасов.

В процессе разработки шахтного поля проводятся горные выработки -
искусственно создаваемые пустоты в земной коре, как в самом пласте,
так и в породах кровли и почвы. Горные выработки необходимы для добычи угля, транспортировки его в шахте, передвижения людей, подачи воздуха.

Выделяют следующие стадии освоения месторождения:

1.  Вскрытие

2.  Подготовка

3.  Оснащение

4.  Разработка (эксплуатация)

5.  Погашение

Вскрытие шахтного поля - это проведение горных выработок, обеспечивающих доступ с дневной поверхности к пласту. Подготовка шахтного
поля - это проведение горных выработок, разделяющих шахтное поле. на
части, удобные для эксплуатации. Оснащение – монтаж в очистных забоях оборудования для добычи угля, монтаж транспортного оборудования в подготовительных и подготавливающих выработках.

Эксплуатация шахтного поля - непосредственное извлечение полезного ископаемого. Работы по эксплуатации называют очистными работами.

Добытый при очистных работах уголь по подготавливающим и вскрывающим горным Выработкам выдается на поверхность, а в шахту поступают
по этим выработкам материалы и воздух.

Погашение шахты (закрытие, ликвидация) проводится после выемки всех запасов шахты.

5. ВСКРЫТИЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Для обеспечения доступа с поверхности к пласту необходимо проводить горные выработки - стволы. В процессе работы в шахту подают свежий воздух, который необходим для работы людей. Этот воздух загрязняется, смешивается с выделяющимися газами, продуктами взрывов и должен быть удален из шахты. Поэтому необходимо иметь два ствола – по одному в шахту поступает свежий воздух, по второму из шахты выдается отработанная воздушная струя.

На рис. 5 показано в аксонометрическом изображении шахтное поле,
которое вскрывается двумя вертикальными стволами. Ствол 1 - главный, по этому стволу при эксплуатации шахты будет выдаваться уголь, ствол 2 - вспомогательный, он служит для подъема и спуска людей, для
подачи необходимых материалов.

Вертикальный ствол - это вертикальная горная выработка, имеющая выход на дневную поверхность, предназначенная для транспортировки полезного ископаемого, материалов, людей, подачи воздуха. Обычно ствол
имеет поперечное сечение в форме круга диаметром от 5 до 12 м (рис. 6).

Сооружение (проходка) ствола требует установки над устьем
будущей выработки специальной ферменной конструкции - копра 3 со шкивом 2. Стальной канат от лебедки 1 перекинут через шкив на копре и соединен с подъемным сосудом - бадьей 5. Чтобы соорудить (пройти) ствол, необходимо разрушить породу на дне ствола, погрузить ее в бадью
и выдать на поверхность. Затем стенки ствола бетонируют - крепят.
Крепление стенок ствола необходимо, так как горные породы, в которых
пройден ствол, могут разрушаться и вываливаться в выработку. Дно
ствола в процессе его прохождения будет постоянно опускаться, т. е.
оно подвижно. Подвижная (подвигаемая) стенка горной выработки называется забой. Непосредственно поверхность забоя называют грудью забоя.

Стволы проводят до глубины, которая соответствует половине размера шахтного поля по падению.

На этой глубине возле стволов сооружают комплекс горных выработок - околоствольный двор - 3 (рис. 5). Схема выработок околоствольного двора показана на рис. 7.

В общем случае это петлевая транспортная выработка 3, которая
связывает между собой оба ствола. Ствол вспомогательный соединен с
этой выработкой непосредственно, главный ствол - через выработку Д
(рис. 7). Назначение транспортной выработки 3 - принять уголь, добытый в шахте, и передать его через выработку Д на главный ствол, а
также принять поступающие с поверхности по вспомогательному стволу
материалы и передать их на пласт. В околоствольном дворе также имеются выработки водоотливного комплекса - водосборник А и насосная камера Б. Выделяющаяся из горных пород вода скапливается в водосборнике
и насосами, установленными в насосной камере, через вертикальный колодец откачивается по трубам на поверхность. Трубы проложены по вспомогательному стволу, который соединен с насосной камерой водотрубным
ходком В. В околоствольном дворе сооружается подземный электровозный гараж Г. Все выработки околоствольного двора имеют сводчатую форму
поперечного сечения, крепятся бетоном и в них укладывается один или
два рельсовых пути (рис. 7).

При проведении стволов воздух подается в забой ствола по трубам от вентилятора 6, установленного на поверхности. После сооружения околоствольного двора появляется возможность соединить оба ствола
в одну вентиляционную систему. Для этого, устье главного ствола перекрывается и соединяется с вентилятором, установленным на поверхности.
Вентилятор отсасывает воздух из ствола, в шахте возникает разряжение
и свежий воздух по вспомогательному стволу поступает в выработки
околоствольного двора. Такое проветривание более надежное, чем проветривание с помощью трубопровода.

После создания замкнутой вентиляционной системы приступают к
проведению горизонтальных выработок, связывающих стволы, с пластом
угля. Для этого проходят квершлаги 4 и 5 (рис. 5). Квершлаг - это горизонтальная горная выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, пройденная в направлении, перпендикулярном простиранию пород (вкрест простирания). Квершлаг служит для транспорта полезного ископаемого и материалов, передвижения людей и воздуха. В поперечном сечении квершлаг обычно имеет арочную форму, крепится металлическими арками. Площадь поперечного сечения квершлагов - от 8 до 15 м2.

Квершлаг 4 проводится на уровне околоствольного двора, квершлаг 5 -
на уровне верхней границы шахтного поля.

Далее по пласту угля от места пересечения его квершлагами
проводятся штреки 7 и 71 и ходок 6 (рис. 5).

Штрек - горизонтальная горная выработка, не имеющая выхода на
дневную поверхность, пройденная по линии простирания пород. Штрек служит для транспортировки грузов, передвижения людей и воздуха. Если
штрек проведен по пласту угля - он называется пластовым, если только
по пустым породам - полевым.

Ходок - наклонная горная выработка, не имеющая выхода на дневную
поверхность, пройденная по восстанию пласта. Ходок служит для транспортировки материалов, передвижения людей и воздуха. Ходок, как и штрек, может быть пластовым и полевым.

Продольное и поперечное сечение штрека показано на рис. 9,
квершлага - на рис. 8, ходка - на рис. 10. Штреки и ходки, как и
квершлаги, обычно крепятся металлической арочной крепью.

Каждая арка состоит из двух ножек (крепят стенки выработки) и верхняка (крепит кровлю выработки). В поперечном сечении ножки имеют вид корыта. Верхняк арки устанавливается внахлестку на ножки и места нахлестки стягиваются хомутом 3 с помощью планки 4 и гаек 5 (рис. 11). На каждый стык устанавливается 2 хомута. Расстояние между арками от 0,8 м до 1,0 м, соседние арки соединяются между собой стяжками.

Таким образом, для вскрытия пласта необходимо провести два ствола, околоствольный двор, квершлаги, штреки и ходок. Теперь
появляется возможность замкнуть вентиляционную систему (рис. 5) и начать работы по разделению шахтного поля на части, удобные для эксплуатации, т. е. начать подготовку шахтного поля. На рис. 5б показаны вскрывающие выработки в разрезе по линии падения пласта и в плане на горизонтальную плоскость. Такое изображение обычно используют на инженерных чертежах.