Общая характеристика вскрывающих выработок
Вскрывающие выработки обеспечивают доступ к полезному ископаемому с поверхности. Они подразделяются на основные и дополнительные. К основным вскрывающим выработкам относят те, которые имеют непосредственный выход на земную поверхность: вертикальные или наклонные стволы, штольни и шурфы. Основные вскрывающие выработки, по которым осуществляется выдача полезного ископаемого на поверхность, называются главными, а предназначенные для других целей (спуск-подъем людей, материалов и оборудования и др.) — вспомогательными. Вспомогательные вскрывающие выработки не имеют непосредственного выхода на земную поверхность. К ним относятся квершлаги, гезенки, слепые стволы, капитальные бремсберги и уклоны. Выбор типа дополнительной вскрывающей выработки зависит от конкретных горно-геологических условий, основными из которых являются: число вскрываемых угольных пластов, их угол падения, величина междупластья.
Вертикальные стволы как вскрывающие выработки в большинстве случаев пересекают угольные пласты. При вскрытии крутонаклонных и крутых пластов их в большинстве случаев располагают за пределами угольных свит. Преимущества вертикальных стволов заключаются в следующем: 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: большие затраты на проходку; цикличность подъемных операций; сложность процесса углубки.
При вскрытии наклонными стволами их проводят либо по пласту, либо по пустым породам в лежачем боку свиты. Иногда их проводят по вмещающим породам под углом к напластованию. Обычно стволы имеют угол наклона, обеспечивающий транспортирование угля на поверхность конвейерами. Поэтому наклонные стволы обеспечивают поточный транспорт угля от забоя до поверхности, характеризуются большой пропускной способностью, лимитируемой производительностью конвейера. К недостаткам наклонных стволов как вскрывающих выработок следует отнести: большую их протяженность; трудоемкость проходки в сложных горно-геологических условиях; большие затраты на поддержание.
Наиболее простым и экономичным является вскрытие штольнями, применяемое в специфических условиях, но оно имеет ограниченное применение.
Главные вскрывающие выработки необходимо располагать таким образом, чтобы обеспечивались минимальные затраты на транспорт полезного ископаемого, поддержание и проветривание горных выработок. В основе расчетных методов отыскания места заложения главного ствола лежит решение транспортной задачи, разработанное Л.Д.Шевяковым и Р.А.Селецким.
Дополнительные вскрывающие выработки подразделяются на следующие типы (в зависимости от срока их службы):
• капитальные (служат весь срок отработки запасов шахтного поля);
• горизонтные (служат в течение времени отработки запасов между смежными транспортными горизонтами — пологое падение);
• этажные (служат в течение времени отработки запасов одного этажа).
Наиболее распространенной дополнительной вскрывающей выработкой является квершлаг. Следовательно, с точки зрения вскрытия различают капитальные, горизонтные и этажные квершлаги.
При вскрытии вертикальными стволами различают следующие схемы взаимного расположения воздухоподающего и вентиляционного (воздуховыдающего) стволов в шахтном поле: центрально-сдвоенное, центрально-отнесенное, комбинированное, диагональное и фланговое (рис. 4.4). Их взаимное расположение определяет схему вентиляции шахты. Главный ствол располагается, как правило, рядом с воздухоподающим. Только в отдельных случаях он может использоваться для подачи воздуха в шахту. При центрально-сдвоенном, центрально-отнесенном и комбинированном расположении стволов в шахтном поле применяют центральную систему проветривания. Ее недостатком является непрерывное по мере ведения горных работ изменение суммарной длины проветриваемых выработок. В зависимости от направления работ она либо увеличивается (при прямом порядке), либо уменьшается (при обратном порядке). Другие схемы расположения стволов предопределяют фланговую схему проветривания. В этом случае суммарная длина проветриваемых выработок постоянна.
Центрально-сдвоенное расположение стволов предопределяет их размещение на одной промплощадке поверхностного комплекса (рис. 4.4,а). Расстояние между ними не менее 30 м. В других случаях главный и воздухоподающий стволы расположены на одной промплощадке, а вентиляционные — на некотором расстоянии от нее (2–3 км и более). На большинстве современных угольных шахт с вертикальными стволами применяют диагональное или фланговое расположение. На отдельных крупных шахтах число стволов достигает 5–8 единиц различного функционального назначения.
Площадь поперечного сечения главного ствола зависит от числа и габаритов размещенных в нем подъёмных сосудов (скипов), а воздухоподающего — от количества подаваемого в шахту воздуха.