10.01.2021

Выбор рациональных вариантов вскрытия при проектировании и реконструкции шахт Карагандинского бассейна


Комплексы выработок по вскрытию шахтного поля, сгруппированные по технологическому назначению, исследуются в два этапа.

На первом этапе для наиболее характерных горно-геологических условий залегания пластов в соответствии с разработанной методикой устанавливаются оптимальные угольные, породные, вспомогательные и вентиляционные комплексы по вскрытию шахтного поля.

На втором этапе исследуется динамика изменения основных технико-экономических показателей в различных диапазонах горно-геологических условий эксплуатации месторождений.

На основании этих данных синтезируются наиболее рациональные способы вскрытия для различных горно-геологических условий залегания пластов.


Конструкция вскрывающих выработок и их сочетания, материал крепи, подъемные установки, технологические комплексы на поверхности, объем и строительная конструкция зданий и сооружений и другие определяются расчетами и принимаются типовыми или индивидуальными по ранее выполненным проектам.

Нами приведена принципиальная схема исследования комплексов вскрывающих выработок. Исходные данные схватывают весь диапазон горно-геологических условий разработки угольных пластов карагандинской и долинской свит Карагандинского бассейна (табл. 6).

В варианте У1 для выдачи угля проходятся вертикальный скиповой ствол, капитальные конвейерные бремсберги и Уклон. Причем бремсберг и уклон проходятся с таким расчетом, чтобы уголь с конвейеров попадал непосредственно в загрузочную камеру скипового ствола, что дает возможность избежать электровозной откатки угля на основном горизонте, т. е, ликвидировать одно звено в транспортной цепи (см. рис. 5). Этот вариант обычно применяется для вскрытия пологих и редко наклонных пластов.

В варианте У2 предусматривается проведение вертикального скипового ствола и этажных квершлагов. Уголь по этажным квершлагам транспортируется электровозами или конвейерами, а по вертикальному стволу — двумя односкиповыми подъемными установками. Этот вариант чаще применяется для вскрытия свиты наклонных и крутых пластов.

В варианте У3 уголь выдается по наклонному стволу, оборудованному ленточным конвейером. Этот вариант в принципе используется для вскрытия пластов с любым углом падения, но чаще применяется для пологих пластов.

Капитальные затраты на здания и сооружения определяются только по объектам подъема, приемки и передачи угля до погрузочного пункта в железнодорожные вагоны. Количество и тип подъемных установок принимают в зависимости от производительности шахты и глубины подъема. Максимальная длина одного става конвейера 1000 м.

Анализ сметной стоимости строительства шахт основных бассейнов страны показал, что установить аналитическую зависимость в пределах допустимой точности между стоимостью зданий и сооружений угольного комплекса и производительностью шахты или глубиной подъема невозможно, диалогичное положение и с оборудованием угольного комплекса. Поэтому капитальные затраты по этим объектам определяются в каждом конкретном случае по сметно-финансовым расчетам проектов отдельных шахт, выполненным в последующие годы проектным институтом Карагандагипрошахт.

При выдаче угля по вертикальным стволам (варианты У1 и У2) принята смешанная схема технологического комплекса, а при наклонном стволе — горизонтальная.

Объем выдаваемой породы на шахтах бассейна колеблется в пределах 20—50% по весу от количества угля.

Если количество выдаваемой породы более 600 т/сутки, целесообразно иметь специальный скиповой подъем по вертикальному стволу, который выгоднее разместить в скиповом угольном или клетевом стволах. Такое решение исключает необходимость в проходке специального ствола и значительно упрощает технологический комплекс поверхности. Поэтому в вариантах П1 и П2 предусматривается специальный скиповой подъем для выдачи породы. Подъемная установка — односкиповая или двухскиповая — применяется в зависимости от глубины ствола, количества горизонтов и породы.

Транспорт породы по наклонным выработкам является наиболее «узким местом» на шахтах из-за его ограниченной пропускной способности и высокой трудоемкости. Как известно, на шахтах бассейна для транспорта породы по наклонным выработкам применяется одноконцевая канатная откатка в вагонетках.

По исследованиям, максимальная часовая производительность одноконцевой канатной откатки по наклонным выработкам при перевозке только породы в трехтонных вагонетках характеризуется данными таблицы 7.
Выбор рациональных вариантов вскрытия при проектировании и реконструкции шахт Карагандинского бассейна

Отмечено, что она служит не только для выдачи породы, но и для транспорта оборудования и материалов, объем перевозки которых составляет не меньше объема породы.

В таблице 8 представлено необходимое количество одноконцевых канатных подъемных установок для транспорта породы, оборудования и материалов по наклонным выработкам в зависимости от производительности шахты, длины выработки и угла ее наклона. Количество подъемных установок определено специальным расчетом для условий, когда объем породы составляет около 25% от добычи по весу, а объем вспомогательных материалов и оборудования — около 20% от добычи по количеству вагонеток, применяемых на шахте. Подъемные машины типа БЛ и БМ приняты с максимальной скоростью подъема на прямых участках 5 м/сек.

Как видно из таблицы 7, одноконцевая канатная откатка по наклонным выработкам имеет весьма ограниченную производительность. Применение более трех одноконцевых подъемных установок по капитальным бремсбергам (уклонам) в целях обеспечения необходимой производительности едва ли можно признать практически целесообразным. Поэтому варианты с четырьмя и более подъемными установками по капитальным бремсбергам (уклонам) не рассматриваются.

В варианте П3 при длине наклонного ствола более 1200 м предусматривается сооружение вертикального ствола с подъемными установками для выполнения всех вспомогательных операций по выдаче породы, спуску-подъему оборудования и материалов, так как в противном случае не может быть обеспечена необходимая производительность подъемных установок по вспомогательному стволу.

Распределение затрат по подъемным установкам на подъем породы и на выполнение других перевозок по наклонным и вертикальным выработкам в соответствии с их объемами работ представлено в таблице 8, а варианты комплексов выработок по вскрытию шахтного поля, для спуска-подъема людей, оборудования и материалов (вспомогательный комплекс) — на рисунке 5.

Объем вспомогательных операций по спуску и подъему грузов и людей составляет около 25—35% от количества угля в вагонетках, применяемых на шахте. Это значит, что если шахта с суточной добычей 3000 т/сутки и применяются трехтонные вагонетки, то объем вспомогательных операций составит в эквиваленте около 200 вагонеток угля. Однако по задолженности подъемных установок во времени это неравносильно выдаче 200 вагонеток угля. На спуск и подъем значительной части грузов (длинномерные материалы, люди и др.) требуется намного больше времени, чем на спуск и подъем такого же количества угля в вагонетках. Поэтому часто баланс времени работы вспомогательных подъемных установок, а также их производительность зависят не только от объема грузов, но и от их рода.

Анализ материалов проектных и научно-исследовательских организаций показывает, что в качестве вспомогательных подъемных установок по вертикальным стволам целесообразно принимать при спуске и подъеме с одного горизонта — двухклетевые, а при наличии нескольких горизонтов — одноклетевые с противовесами. Количество вспомогательных подъемных установок зависит от объема и рода грузов. На основании данных проектов и практики в условиях Карагандинского бассейна для глубины разработки до 500—700 м и на шахтах с суточной добычей до 5000 т/сутки можно принять две клети от 5000 до 10 000 т — 3 и от 10 000 до 12 000 т — 4.

Для спуска и подъема людей, материалов и оборудования по наклонным выработкам обычно применяется одноконцевая канатная откатка. Причем для спуска и подъема людей предусматривается специальный людской подъем, устанавливаемый на людском ходке, а для спуска-подъема материалов, оборудования, а также породы — вспомогательный подъем, устанавливаемый на рельсовом бремсберге, уклоне или вспомогательном наклонном стволе (табл. 8).

В варианте В3 кроме людского и вспомогательного подъемов при длине наклонного ствола более 1200 м предусматривается проходка вертикального ствола, оборудованного скипом с противовесом для выдачи породы и клетками для других вспомогательных операций. При этом вспомогательный и людской подъемы на наклонных стволах работают одновременно с подъемами, устанавливаемыми на вертикальном вспомогательном стволе.

Когда подъемная установка служит для выдачи породы и других вспомогательных операций, распределение затрат по комплексам выработок различного технологического назначения производится в соответствии с объемом перевозимого груза. Во вспомогательный комплекс также включены затраты по водоотливу.

Затраты на проветривание горных выработок предопределяются количеством воздуха Q и депрессией h. Эти величины определяют необходимое сечение и количество выработок, затраты на проведение и их поддержание, тип вентиляторных установок и расход электроэнергии.

Очевидно, наивыгоднейшим вентиляционным комплексом будет тот, который обеспечивает минимум суммарных затрат, т. е.

Расходы на проведение и поддержание выработок, а также на амортизационные отчисления капитальных затрат по вентиляционному комплексу определяются аналогично угольному, породному и вспомогательному комплексам. Суммарные годовые расходы на перемещение воздуха по выработкам вычисляются по формуле

Разница депрессии по вариантам вентиляционного комплекса незначительна и она не оказывает существенного влияния на выбор вентиляторной установки. Кроме того, удельный вес капитальных затрат на строительство вентиляторных установок и амортизационных отчислений незначительный в общих затратах.

В тех случаях, когда для проветривания шахты используются вскрывающие выработки угольного, породного и вспомогательного комплексов без проведения дополнительных вентиляционных выработок или выработок увеличенного сечения, в первую очередь определяется суммарная депрессия (минимальная и максимальная) по формуле

При этом, если Ehi по вариантам отличается незначительно (10—15%) или имеет минимум вариант способа вскрытия, сконструированный из наиболее рациональных вариантов угольного, породного и вспомогательного комплексов, то выбор рационального вентиляционного комплекса решается просто. В этом случае вариант способа вскрытия, наиболее рациональный по угольному, породному и вспомогательному комплексам, и будет наивыгоднейшим и в вентиляционном отношении. Но если Ehi очень отличается по вариантам и в связи с этим могут быть приняты различные типы вентиляторных установок, то суммарные затраты определяются по формуле (4.33).

На рисунке 7 представлена номограмма для определения необходимого количества воздуха для проветривания шахты в зависимости от глубины разработки и производительности. Номограмма составлена для средних условий Карагандинского бассейна. Как видно, с увеличением глубины разработки начиная с 300—350 м кривые, характеризующие количество воздуха, выполаживаются, т. е. на больших глубинах газовый градиент возрастает, а эффект дегазации увеличивается. По номограмме также можно определить необходимое количество вертикальных, наклонных и горизонтальных выработок и их сечения для проветривания шахты. При этом Допустимая скорость вентиляционной струи принята максимальной по ПБ, а максимальный диаметр вертикального ствола — 8,9 м, а горизонтального и наклонных выработок — 15,0 м2 в свету. Если для пропуска большого количества воздуха требуется проведение нескольких выработок, то одну из них целесообразно проводить минимально возможным сечением, а остальные — предельным. В этом случае расходы на проведение, поддержание и проветривание будут наименьшими.

Часто для проветривания шахты используются комплексы выработок, предназначенные для выполнения технологических процессов по выдаче угля, породы, спуска-подъема людей, материалов и оборудования. Поэтому выработки угольного, породного и вспомогательного комплексов одновременно служат для подачи и выдачи воздуха из шахты. Например, выработки угольного комплекса используют для выдачи исходящей струи воздуха, а выработки вспомогательного комплекса — для подачи свежего воздуха. Специальные дополнительные выработки или выработки увеличенного сечения для проветривания шахты проходятся в тех случаях, когда скорость воздушной струи или величина депрессии превышает допустимую ПБ или нормами технологического проектирования угольных шахт.

Основную часть капитальных затрат по вариантам вентиляционного комплекса составляют горные работы, а затраты на строительство вентиляторных установок и линии электропередач во всех вариантах практически равны и ими можно пренебречь. Очевидно, в тех случаях, когда для проветривания шахты используются вскрывающие выработки угольного, вспомогательного или породного комплексов без проведения дополнительных выработок или выработок увеличенного сечения, то они будут рациональны и для вентиляционного комплекса (рис. 8). Принципиальные схемы этих комплексов выработок не отличаются от комплексов выработок, предназначенных для выдачи угля, породы и вспомогательных материалов.

Очевидно, при одинаковых способах подготовки шахтного поля, выработки для проветривания шахты, проводимые по простиранию пласта (шурфы, откаточные, вентиляционные и промежуточные штреки) во всех вариантах вентиляционного комплекса, не будут отличаться и разными могут быть только вертикальные стволы, наклонные стволы, бремсберги, уклоны и горизонтальные квершлаги за пределами границы разрабатываемых пластов. Поэтому Для выбора наиболее рационального комплекса выработок по вскрытию шахтного поля, предназначенного для проветривания шахты, достаточно исследовать именно эти вертикальные, наклонные выработки и квершлаги.

По схемам, представленным на рисунке 8, минимальная и максимальная депрессия могут быть определены по следующим формулам.

Минимальная депрессия:


Максимальная депрессия:

где R = aP/S3 — индексы к R характеризуют выработки, к которым относятся R (например, Rn — воздухоподающий ствол);

N — количество воздухоподающих выработок, индексы к N характеризуют наименование выработок (например, Nкп — количество квершлагов на n этаже);

Q1, Qn — количество воздуха на первом и n этажах, м3/сек.

В таблице 9 приведены капитальные, эксплуатационные и приведенные затраты по вариантам вскрывающих выработок угольных комплексов. Подсчет капитальных и эксплуатационных затрат произведен по расчетным формулам согласно (4.33).

В рассматриваемых горно-геологических условиях более выгоден по капитальным затратам вариант У3 и менее выгоден вариант У2. В то же время вариант У3 имеет большие эксплуатационные расходы по сравнению с вариантом У2.

Большие капитальные затраты варианта У2 связаны с проходкой стволов увеличенного сечения и проведением длинных этажных квершлагов. Необходимость создания специального углубочного отделения в стволе и установка двух скиповых подъемов с противовесами для одновременной работы в переходной период на двух горизонтах не только увеличивают капитальные затраты, но и требуют больше эксплуатационных расходов на подъем угля.

По приведенным затратам выгодным оказался вариант У1, хотя он практически равноценен варианту У3. Дополнительные затраты У1 по сравнению с вариантом У3 окупаются за счет экономии в эксплуатационных расходах в течение 6,1 г.





Яндекс.Метрика