После проведения в необходимом объеме горизонтальных подготавливающих выработок на транспортном горизонте приступают к проведению подготавливающих выработок в плоскости пласта, формирующих схему подготовки выемочных полей. Под схемой подготовки выемочного поля понимают совокупность характерно расположенных с учетом функционального назначения подготавливающих выработок, обеспечивающих формирование готовых к выемке частей шахтопласта.
В зависимости от деления выемочной ступени (шахтопласта) на части (см. рис, 4.2) различают панельную, этажную и погоризонтную подготовку.
Панельную подготовку применяют при любой мощности угольных пластов с углами падения до 20–25° (преимущественно до 15–18°). Размер панели по простиранию достигает 2,5–3 км. Ее размер по падению равен наклонной высоте выемочной ступени. Различают двусторонние (двукрылые) и односторонние (однокрылые) панели (рис. 4.16). В двусторонней панели бремсберг (уклон) с ходками проводят в середине выемочного поля по простиранию (рис. 4.16, а), в односторонней — у одной из его границ (рис. 4.16, б). Наиболее часто применяются двукрылые панели.
Рис. 4.16. Панельная подготовка выемочных полей:
а —двусторонняя панель; б-— односторонняя панель; в —двусторонняя панель с фланговыми печами; 1— основной транспортный штрек; 2 — просек; 3—путевой ходок; 4 — бремсберг; 5 — людской ходок; 6 — ярусные штреки; 7 — главный вентиляционный штрек; 8— фланговая печь (ходок); 9—промежуточный квершлаг
В практике разработки угольных пластов применяют различные схемы подготовки панелей. На рис. 4.16, а представлена наиболее простая схема, при которой для начала очистных работ достаточно пройти главный транспортный штрек, бремсберг (уклон) с ходками и ярусные штреки. Более сложная схема (рис. 4.16, в) предусматривает, кроме названных выработок, проведение фланговых печей и главного вентиляционного штрека. Такая схема подготовки позволяет осуществить прямоточное проветривание. В отличие от схемы, представленной на рис. 4.16, а, здесь показана панель при групповой подготовке пластов. В этом случае отпадает надобность в проведении транспортного штрека большой длины, что присуще индивидуальной подготовке (см. рис. 4.16, а). Длина его не превышает 120–150 м. При подготовке панелей в уклонной выемочной ступени на пластах наклонного падения уклоны проводят диагонально (под углом к линии падения).
Достоинства панельной подготовки: возможность повышения концентрации горных работ и конвейеризация транспорта от очистных забоев до ствола; сокращение объема поддерживаемых выработок. Недостатки: большие затраты на проведение и поддерживание панельных наклонных выработок; сложная схема проветривания.
Особенностью панельной подготовки является расположение очистного забоя по падению пласта, а подвигание — по простиранию.
Этажная подготовка применяется при делении шахтопласта на этажи на крутонаклонных и крутых пластах, в отдельных случаях — на наклонных и пологих пластах при углах падения более 8–10°. При этажной подготовке этажи по простиранию делят на выемочные поля. Подготавливающие наклонные выработки (участковые бремсберги, уклоны, скаты) проводят в каждом выемочном поле. По ним осуществляется доставка угля до откаточного горизонта при делении этажа на подэтажи.
В зависимости от угла падения пластов наклонная высота этажа составляет 120–450 м. Последний параметр относится к пологим пластам.
Этажная подготовка пологих и крутых пластов отличается друг от друга (рис. 4.17). На пологих пластах (рис. 4.17, а) при делении на подэтажи между этажными откаточным и вентиляционными штреками проводят участковые бремсберги, по которым уголь из верхних подэтажей доставляется на откаточный горизонт. Выемочные поля могут быть однокрылые и двукрылые.
Рис. 4.17. Этажная подготовка выемочных полей:
а — пологое падение (1 — этажный откаточный штрек; 2 — просек; 3 — путевой ходок; 4 — участковый бремсберг; 5 — промежуточные (подэтажные) штреки; 6 — этажный вентиляционный штрек); б — крутое падение (1 — промежуточный квершлаг; 2 — центральный скат; 3 — пластовый откаточный штрек; 4 — параллельный штрек; 5 — минусовый (вентиляционный) штрек)
На крутых и крутонаклонных пластах (рис. 4.17, б), где доставка угля по падению осуществляется под действием гравитационных сил, проводят скаты, если предполагается деление этажа на подэтажи. На таких пластах применяют, как правило, групповую подготовку. Вентиляционный штрек проводят на несколько метров ниже бывшего откаточного. Отсюда его название — минусовый. Полная сеть подготавливающих выработок в выемочном поле, позволяющих начать очистную выемку, зависит от применяемой системы разработки. Достоинства этажной подготовки: небольшой объем проведения наклонных горных выработок; более быстрый ввод очистных забоев в эксплуатацию (на пологих пластах); простые схемы проветривания и транспорта. Недостатки: разбросанность горных работ, большая протяженность этажных пластовых штреков, что приводит к росту затрат на их поддержание (на пологих пластах).
Погоризонтная подготовка выемочных полей осуществляется проведением в пределах выемочной ступени наклонных подготавливающих выработок (рис. 4.18). Длина наклонных подготавливающих выработок равна наклонной высоте выемочной ступени. Она может достигать 2000–3000 м. Расстояние между наклонными выработками (бремсбергами и ходками) равно длине очистного забоя. Особенность этой подготовки состоит в том, что очистной забой располагается по простиранию пласта, а перемещается по падению или восстанию. При высокой газообильности предпочтительной является выемка по падению, а при повышенной обводненности — по восстанию пласта. Как видно из приведенной схемы, подготовка может осуществляться как для одинарных, так и для спаренных очистных забоев.
Рис. 4.18. Погоризонтная подготовка: 1 — вентиляционный ходок; 2 — бремсберг; 3 — главный транспортный штрек; 4 — ходок; 5 — главный квершлаг; 6 — главный вентиляционный штрек; 7 — шурф (вентиляционный ствол)
Погоризонтная подготовка рекомендуется к применению на пластах с углом падения до 10–12°. Она позволяет: снизить объем проведения подготавливающих выработок; упростить подготовку выемочных полей и схему транспорта полезного ископаемого; обеспечить стабильность длины очистного забоя; уменьшить вероятность встречи геологических нарушений, так как они в большинстве случаев располагаются по падению пластов; повысить безопасность ведения горных работ (при выемке по падению); сократить приток воды в призабойное пространство (при выемке по восстанию). Недостатки: ограниченные условия применения и трудность перевозки людей и материалов по длинным наклонным выработкам.
Непостоянство элементов залегания пластов в пределах шахтного поля (углов падения и простирания) может обусловить применение в пределах одного и того же шахтопласта смешанной подготовки: например, панельной и этажной или панельной и погоризонтной. В крыле шахтного поля с пологим залеганием пластов целесообразна панельная подготовка, в крыле с крутонаклонным или крутым залеганием — этажная.
Околоствольные дворы
Околоствольным двором (рис. 4.19) называют совокупность капитальных горных выработок, примыкающих к шахтным стволам и соединяющих их с главными откаточными и вентиляционными выработками. В околоствольном дворе размещаются различные камеры, предназначенные для обслуживания подземного хозяйства, транспортные ветви и вспомогательные выработки. Транспортная ветвь главного ствола называется скиповой, вспомогательного — клетевой. Часть ветви, по которой производят откатку порожних вагонеток, называется порожняковой. Ветвь, по которой осуществляется транспортирование угля, называется главной ветвью.
В зависимости от характера движения груженых и порожних вагонеток, от направления примыкания ветвей к главной транспортной выработке и направлений поступления грузов различают несколько типов околоствольных дворов (рис. 4.20). Если к скиповому стволу груз поступает с двух сторон, то такой околоствольный двор является двусторонним, с одной стороны — односторонним. Односторонние околоствольные дворы (см. рис. 4.19) применяют при их расположении за пределами свиты угольных пластов (см. рис. 4.9), двусторонние — при расположении между пластами (см. рис. 4.7).
По характеру движения груженых и порожних вагонеток различают круговые и челноковые околоствольные дворы. В круговом околоствольном дворе вагонетки поступают во двор и выходят из него одним и тем же торцом. Круговой околоствольный двор с односторонним поступлением грузов называется петлевым (см. рис. 4.19). В челноковых околоствольных дворах груженые вагонетки поступают во двор и выходят порожними из него противоположными торцами.
Рис. 4.19. Схема околоствольного двора:
1 — скиповой ствол: 2 — клетевой ствол; 3 —породный опрокидыватель; 4 — угольный опрокидыватель; 5 — камера ожидания; 6 — камера медпункта; 7 — водотрубный ходок; 8 — камера центральной электроподстанции; 9 — камера главного водоотлива; 10 — водосборник; 11 — камера осветляющих резервуаров; 12 — камера обезвоживающей установки; 13 — депо противопожарного поезда; 14 — гараж-зарядная; 15 — ремонтная мастерская; 16 — выпрямительная подстанция; 17 — склад ВМ; 18 — посадочная станция; 19 — санузел
По направлению примыкания ветвей околоствольного двора к главной транспортной выработке горизонта различают околоствольные дворы с параллельным, перпендикулярным и диагональным расположением ветвей (рис. 4.21).
По типу подъема в стволах околоствольные дворы бывают клетевые и скипо-кле-тевые. Наиболее распространены скипо-клете-вые околоствольные дворы: один из стволов является скиповым, другой — клетевым.
Рис. 4.20. Классификация околоствольных дворов
По типу поступающих груженых составов околоствольные дворы бывают для смешанных (рис. 4.21, а, б) и специализированных (рис. 4.21, в, г) составов, В первом случае уголь и порода поступают по одной грузовой ветви, во втором — по раздельным.
Наиболее распространены круговые околоствольные дворы. Их достоинствами являются: компактное расположение выработок; простые маневры с составами; простая привязка к конкретным горно-геологическим условиям.
Недостатки: большое количество криволинейных выработок и закруглений пути; сложность проведения и эксплуатации криволинейных выработок; недостаточное использование главной откаточной выработки.
Челноковые околоствольные дворы отличаются прямолинейностью выработок и максимальным использованием главной откаточной выработки. Однако в них более сложные маневры с составами, что обусловливает невысокую пропускную способность. Их сложнее привязывать к конкретным горно-геологическим условиям из-за большой длины выработок.
Рис. 4.21. Схемы двусторонних околоствольных дворов: а — круговой с параллельными ветвями; б — круговой с перпендикулярными ветвями; в — круговой с диагональными ветвями; г — челноковый; 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол; 3 — главная транспортная выработка; 4 — угольная разгрузочная яма; 5 — породная разгрузочная яма
Околоствольные дворы шахт с конвейерным транспортом полезного ископаемого имеют упрощенную компоновку (рис. 4.22), более экономичны и производительны по сравнению с околоствольными дворами с рельсовым транспортом.
Выбор типа околоствольного двора зависит от числа вскрываемых пластов в шахтном поле, взаимного расположения главного и вспомогательного стволов, способа и схемы вскрытия, расстояния между пластами и других горно-геологических условий. Например, при вскрытии одиночного пологого пласта целесообразен двусторонний круговой или челноковый околоствольный двор с параллельными ветвями, где в качестве главной транспортной выработки используется откаточный штрек (см. рис. 4.5). В зависимости от расстояния между пластами применяют околоствольный двор с параллельными или перпендикулярными ветвями. Здесь в качестве главной ветви используется главный квершлаг.
Рис. 4.22. Схема двустороннего околоствольного двора с конвейерным транспортом:
1, 2 — главный и вспомогательный стволы; 3 — бункер-накопитель; 4 — магистральный конвейер
