Выбор и обоснование способов вскрытия и подготовки шахтного поля в заданных горнотехнических условиях

где АСР, АСТ – соответственно рассчитанная суммарная нагрузка на группу пластов и типовая суточная мощность шахты.

 

Первый период

Отрабатывается пласт 1, двумя забоями, при этом, суточная нагрузка на пласт составляет: 4 368, что значительно меньше суточной нормы нагрузки, для этого подключаем второй пласт, на котором будет работать один забой.

Общая добыча составит:

(2 080*2+3 460)*1,05 = 8 001

 

R1== = 14,3%

Что достаточно для обеспечения суточной мощности шахты.

 

 

Второй период

Дорабатывается пласт 2, двумя забоями, при этом нагрузка на пласт составляет: 7 266, что больше суточной нагрузки по шахте.

 

R2== = 3,8%

Что достаточно для обеспечения суточной мощности шахты.

 

 

Третий период

Отрабатывается пласт 3, двумя забоями, при этом, суточная нагрузка на пласт составляет: 9 671, что значительно больше суточной нагрузки по шахте.

Общая добыча составит:

(4 605 + 4605*2/3) * 1,05= 8 059

 

R3== = 15,1%

Что достаточно для обеспечения суточной мощности шахты.

 

 

 

Годовая мощность шахты по товарному углю определяется по формуле:

,млн.т/год                                                                                                (11)

 

Агт = = 1,8 млн.т/год

 

6 Вскрытие шахтного  поля

 

При назначении возможных схем вскрытия для определенных горно-геологических условий учитываются:

- угол падения свиты пластов - 14°;

- выбранный способ подготовки шахтного поля – этажный способ;

- размеры шахтного поля - 6200×2200 м;

- мощность наносов – 55 м.

В данном курсовом проекте рассматриваются два конкурентно способных    метода вскрытия шахтного поля:

 

1.Вариант. Двухгоризонтное вскрытие пологих пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами.

При двухгоризонтном вскрытие шахтного поля в качестве главного ствола принимаем вертикальный ствол, который параллельно переходит квершлагу I горизонта и углубляется до квершлага II горизонта. Параллельно главному стволу проходит вертикальный вспомогательный ствол. Главные и вспомогательные стволы проходят через вышележащий пласт.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами является наиболее универсальным и распространенным, его применяют независимо от числа рабочих пластов в шахтном поле, мощности и угла падения этих пластов, мощности наносов и глубины разработки, производственной мощности шахты и т. д. Вертикальные стволы обычно пересекают породы и пласты полезного ископаемого при горизонтальном, пологом и наклонном их залегании (рисунок 3).

 

1 - главный вертикальный ствол; 2 - углубленная часть главного вертикального ствола; 3 - вспомогательный ствол; 4 - вспомогательная часть главного ствола; 5 - квершлаг I горизонта; 6 - квершлаг II горизонта;7 - фланговые вентиляционные шурфы;8- фланговые вентиляционные стволы II горизонта; 9 - вентиляционные квершлаги I горизонта.

 

Рисунок 3 – Схема двухгоризонтное вскрытия пологих пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами

Шахтное поле по падению разделяется на 2 горизонта. Размер каждого горизонта по падению не должен быть более 2000 м, а его запасов для разработки должно хватать не менее чем на 27 лет.

Стволы первоначально проходят только до отметки первого горизонта, а пласты вскрывают откаточным квершлагом. На него отрабатывают запасы бремсберговой части.

По мере отработки этих запасов стволы заблаговременно углубляют до второго горизонта, а пласты вновь вскрывают откаточным квершлагом. В связи с этим квершлаги и получили название погоризонтных.

Для проветривания выработок первого горизонта в зависимости от глубины расположения верхней границы шахтного поля от поверхности проводят шурфы, один или несколько фланговых стволов. При отработке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта используется как вентиляционный и проводится вентиляционный ствол до отметки первого горизонта.

Для производства углубки стволов необходимо иметь углубочные отделения, оборудованное специальным одноклетевым подъемом с противовесом на большегрузную вагонетку.

Многогоризонтное вскрытие может применяться при любом способе подготовки шахтного поля.

Вскрытие шахтных полей вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами рекомендуется применять при углах наклона пластов до 18° и размерах шахтного поля по падению от 2,5 км и более.

 

2.Вариант. Двухгоризонтное вскрытие главным наклонным стволом, вспомогательным вертикальным стволом и погоризонтным квершлагами.

(рисунок 3).

   В соответствующих  горно-геологических условиях проходят  наклонные стволы, что обеспечивает  определенные экономические и  технические выгоды по сравнению  со вскрытием вертикальными стволами. Наклонные стволы обычно проходят по пласту и, как исключение, по породам лежачего или висячего бока.

         При двухгоризонтной схеме вскрытия в качестве главного ствола принимаем наклонный ствол, который переходит в квершлаг  I  горизонта.

В качестве вспомогательного ствола принимается вертикальный ствол, который параллельно переходит через квершлаг I горизонта и углубляется до квершлага II горизонта. Вспомогательные и главные стволы проходят через нижележащий пласт (рисунок 4).

 

 

 

1-главный  наклонный ствол; 2 - вспомогательный ствол;  3- углубленная часть вспомогательного ствола; вспомогательная часть главного ствола;  4- квершлаг I горизонта;  5- квершлаг II горизонта;  6- фланговые вентиляционные шурфы;  7- фланговые вентиляционные стволы II горизонта; 8- вентиляционные квершлаги I горизонта.

 

Рисунок 4 –Двухгоризонтная схема вскрытие главным наклонным стволом, вспомогательным вертикальным стволом и погоризонтным квершлагами

 

Главный ствол предназначен для подъема полезного ископаемого и оборудуется ленточными конвейерами. Из вспомогательного производится подъем породы из шахты и спуск оборудования и материалов в шахту, спуск и подъем людей. Для вспомогательных транспортных операций и вентиляции сооружается вертикальный стол, а для того, чтобы избавиться от трудоемкого и малопроизводительного канатного подъема по наклонным выработкам, проводят этажные квершлаги.

В настоящее время, используя преимущества поточного конвейерного транспорта, строят крупные шахты, на которых предусмотрены для выдачи горной массы на поверхность наклонные стволы, оборудованные мощными конвейерными установками. Для вспомогательных транспортных операций и вентиляции сооружают вертикальные стволы, а для того чтобы избавиться от трудоемкого и малопроизводительного канатного подъема по наклонным выработкам, проводят этажные квершлаги.

Для каждого из вариантов рассчитываются все необходимые параметры:

1) выбор рационального  способа вскрытия осуществляется  путем экономического сравнения  рассматриваемых вариантов;

2) при сравнении вариантов  учитываются следующие статьи  затрат:

а) капиталовложения первоначальные (до сдачи шахты в эксплуатацию) и будущих лет (после сдачи шахты в эксплуатацию);

б) эксплуатационные расходы на:

-проведение подготовительных  выработок;

-поддержание подготовительных  выработок;

-ремонт капитальных горных  выработок;

-транспорт и подъем  угля;

-реновацию капиталовложений;

-водоотлив (при ω> 1).

3) при сравнении вариантов  учитываются только те затраты, на которые отличаются рассматриваемые  схемы. Одинаковы расходы (проведение  одних и тех же выработок  равной длины и поперечного  сечения, их поддержание, транспорт  одинаковых объемов полезного  ископаемого на равную длину  одинаковыми средствами и др.) не учитываются.

 

Расчет параметров вскрытия шахтного поля:

Первый вариант

Длина вертикального ствола определяется по формуле:

h = hн + Lбр·sinα + hз,                                                                                       (12)

где  hз – глубина зумпфа, у скипового ствола ; hз=20;

hн – мощность наносов; hн=55;

Lбр – наклонная высота бремсберговой части шахтного поля;

Lбр=Н/2=2200/2=1 100

α – угол падения свиты пластов.

 

h =55+1 100*0,24+20=317 м;

 

Глубина углубки:

h = (H – Lбр)·sinα,                                                                                             (13)

где  H – размер шахтного поля по падению.

h = (2 200- 1 100)* 0,32= 264 м;

 

Объем околоствольного двора:

Vод. верт.ст = 1.4∙Аст+85∙q+10∙Vв+1700,                                                           (14)

Аст – суточная мощность шахты, т; Аст= 7 000 т;

q – относительная газообильность, м3/т; q=20 м3/т;

Vв – водоприток воды в шахту, м3/час.

Vод. верт.ст = 1,4*7 000+85*20+10*155+1700=14 750

 

Длина квершлага второго горизонта:

lкв 2 = lкв 1 +H/2* cosα =596+1067=1 663 м;

 

Второй вариант

Длина наклонного ствола:

 

lн.с= = = 1 029 м;                                                            (15)

Длина квершлага второго горизонта:

lкв 2 = lкв 1 +H/2* cosα =596+1067=1 663 м;                                                    (16)

 

Объем околоствольного двора:

Vод. накл.ст.=0,8* Vод. верт.ст=0,8* 14 750= 11 800                                              (17)

Длина уклона:

lукл.= Н/2 = 1 100 м;

Н- размер шахтного поля по падению, м;

 

Для удобства, по принятым к сравнению вариантам схем вскрытия составим таблицу выработок, которые будут учитываться в дальнейших расчетах (таблица 9).

 

Таблица 9

Параметры горных выработок по вариантам

 

Наименование выработок	Количество	Длина, м	Сечение, м2
Первый вариант
Главный вертикальный ствол	1	317	23,7
Углубка	1	264	23,7
Околоствольный двор	1	14 750
Квершлаг второго горизонта	3	1663	17,6
Второй вариант
Главный наклонный ствол	1	1029	14,5
Околоствольный двор	1	11 800
Квершлаг второго горизонта	3	1663	17,6
Уклон, со второго, на третий	1	1100	13,2

 

Находим количество воздуха, поступающего через ствол в шахту.

, м3/с;                                                                                        (18)

kР – коэффициент, учитывающий утечки и резерв воздуха, kР =1.6;

d – максимально допустимое по ПБ содержание газа в исходящей струе воздуха из шахты, d = 0,75 %.

 

Q= =346 (м3/с)

 

nкв= = = 3

где VД - максимально допустимая скорость движения воздуха по стволу;

для грузо-людских стволов 8 м/с

 

 

 

 

 

 

Коэффициент водообильности ω определяется по формуле

,                                                                                                        (19)

где VB – среднечасовой приток воды в шахту, м3/час. VB=155

 

ω =24*155/7000=0,53

 

Стоимость проведения горных выработок

1 вариант:

 

Главный вертикальный ствол:

 

 

 

где  b - коэффициент, учитывающий стоимость проведения в различные периоды строительства (b = 3,06);

с1и с2 - эмпирические коэффициенты: с1 = 72700; с2 = 5130.

S - площадь поперечного сечения ствола в свету, м2;

 

 

 

Околоствольный двор:

 

 

где    - объем околоствольного двора, м3.

 

 

2 вариант:

Главный наклонный ствол:

где     b = 3,06

с1 = 40800; с2 =4100 .

 

Околоствольный двор:

 

Расчеты первоначальных капитальных затрат сводятся в таблицу 10 по вариантам.

 

 

Таблица 10

Первоначальные капитальные затраты

 

Наименование выработки	Кол-во выработок	Сечение, м2 (объем) м3	Длина м	Стоимость проведения   1 м (м3), тнг.	Полная стоимость проведения, тыс.тнг
Первый вариант
Главнй вертикальный ствол	1	23,7	317	594 499	188,5
Околоствольный двор	1	14 750		21 989	324,3
Итого по первому варианту					512,8

 

Второй вариант
Главный наклонный ствол	1	14,5	1 029	306 765	315,7
Околоствольный двор	1	11 800		21 989	259,5
Итого по второму варианту					575,2