Существует много различных вариантов системы разработки угольных месторождений. Классифицировать их по одному какому-либо признаку, как при разработке рудных месторождений, практически невозможно. Поэтому большинство классификаций систем разработки угольных месторождений имеют, кроме одного главного, еще несколько дополнительных признаков.
Из существующих классификаций систем разработки угольных месторождений наибольшего внимания заслуживает классификация, предложенная А. С. Бурчаковым. В основу этой классификации положен способ выемки пласта по мощности (выемка ведется на всю мощность или слоями при делении пласта по мощности на отдельные части). Дополнительными признаками являются порядок подготовки и последующей отработки пластов в пределах выемочного блока. По основному признаку системы разработки делят на два класса:
системы разработки пласта на полную мощность;
системы разработки пласта с делением на слои.
С учетом дополнительных признаков оба класса систем можно разделить на группы:
сплошные системы разработки;
системы разработки длинными столбами;
комбинированные системы разработки;
системы разработки короткими очистными забоями;
системы разработки без постоянного присутствия людей в очистном забое.
Сущность систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород заключается в том, что в подготовленных к выемке блоках (панелях, зонах) производят обрушение руды, которую выпускают под налегающими породами, обрушающимися вслед за рудой. Отсюда и условия, в которых эта система может успешно применяться: неустойчивые, легкообрушающиеся (вслед за рудой) вмещающие породы; возможность обрушения поверхности; незначительная ценность руды; отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд. Выпуск руды под налегающими породами является чрезвычайно важным технологическим процессом при рассматриваемых системах разработки. От качества выпуска зависят потери и разубоживание руды. Современные способы выпуска руды пока не обеспечивают высоких показателей извлечения. Наблюдаются большие потери руды и высокое ее разубоживание, а поэтому применять системы с обрушением руды и вмещающих пород целесообразно лишь при разработке руд невысокой ценности.
В настоящее время системы с обрушением руды и вмещающих пород нашли широкое применение при разработке рудных месторождений. Они применяются как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел или же как вспомогательные при отработке целиков и потолочин в других системах разработки.
Системы разработки этого класса отличаются друг от друга высотой обрушаемого массива. Системы разработки с разделением этажа на подэтажи называются системами подэтажного обрушения, а системы разработки без разделения этажа на подэтажи - системами этажного обрушения.
Наиболее гибкими в применении оказались системы под-этажного обрушения, с помощью которых успешно ведется разработка рудных месторождений в самых разнообразных условиях, в том числе и на больших глубинах с проявлением горного давления.
Следует отметить, что в определенных условиях достаточно лишь произвести подсечку и отрезку подлежащего к обрушению рудного массива, как он начинает постепенно самообрушаться.
Системы разработки этого класса широко применяются как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел и в комбинированных системах для отработки целиков и потолочин.
Необходимыми условиями для применения этих систем являются наличие неустойчивых легкообрушающихся вмещающих пород, возможность обрушения поверхности и высокая ценность разрабатываемых руд.
Благоприятными условиями для разработки системами с обрушением являются крутые рудные тела мощностью от 3 - 4 м до весьма мощных правильной формы с рудами слабой и средней крепости.
Рассмотрим систему слоевого обрушения с аккумулирующим штреком. Система разработки применяется при мощности залежи более 5 м с неустойчивой рудой и вмещающими породами. При меньшей мощности затрудняется самообрушение вмещающих пород. Систему целесообразно применять при разработке ценных руд, так как она обеспечивает высокое извлечение и небольшое разубоживание руды.
Подготовительные работы сводятся к проведению откаточного штрека, восстающих, аккумулирующего штрека, выпускных выработок и слоевого штрека.
Выемку блока ведут слоями в направлении сверху вниз. Руду в слое вынимают с помощью заходок, которые располагают перпендикулярно к слоевому штреку. Отбойка руды производится с помощью шпуров, а ее доставка осуществляется скреперами до выпускной выработки, верхняя часть которой оформляется в виде воронки. Из выпускной выработки руда поступает на аккумулирующий штрек, по которому скрепером доставляется к рудоспуску.
По мере выемки руды в заходках устанавливается крепь, а после полной отработки на ее почве сооружается специальный настил, предназначенный для разделения руды нижележащего слоя и обрушаемых в очистное пространство вмещающих пород. Известны различные конструкции настила: из бревен, металлических перекрытий из полосовой стали и металлических сеток, железобетонных пластин и др. Во всех случаях особое внимание уделяют качеству настила, так как от него зависят показатели извлечения.
Системы разработки с креплением и закладкой очистного пространства хотя и имеют много общего с рассмотренными системами с закладкой и системами с креплением, все же отличаются от них тем, что в процессе разработки поддержание руды и вмещающих пород производится сначала крепью, а затем - с помощью закладки.
Если в системах с закладкой крепь применяется лишь для временного поддержания призабойного пространства, то в системах с креплением и закладкой крепь возводится регулярно и она навсегда остается в очистном пространстве.
Системы разработки с креплением и закладкой применяются в месторождениях любой мощности с различными углами падения там, где требуется сохранить поверхность от обрушения.
Несмотря на высокую себестоимость добычи, эти системы характеризуются незначительными потерями и разубоживанием руды и позволяют производить сортировку руды непосредственно в забое, что очень важно при разработке ценных руд.
Так как в последние годы системы этого класса применяются сравнительно редко, ограничимся рассмотрением только системы разработки горизонтальными слоями со станковой крепью и закладкой.
При этих системах разработки очистное пространство систематически поддерживается с крепью. Очень часто работа в очистных забоях производится с крепи, которая устанавливается по мере выемки полезного ископаемого. Системы с креплениями по этой причине отличаются относительной трудоемкостью и большой стоимостью добычи.
Как правило, системы с креплением применяются для разработки жильных месторождений мощностью до 3 - 4 м с неустойчивой рудой и слабыми вмещающими породами, т. е. в самых неблагоприятных горнотехнических условиях. Однако наиболее благоприятными условиями для применения систем с креплением являются жильные месторождения мощностью до 4 м. При большей мощности поддержание выработанного пространства только одной крепью становится весьма сложным.
Наиболее распространенным вариантом рассматриваемого класса систем является вариант с усиленной распорной крепью.
Подготовительные работы заключаются в проходке по рудному телу откаточного штрека, двух восстающих на флангах и одного в центре блока.
Очистную выемку производят в обе стороны от восстающего. Отбойку руды осуществляют с помощью шпуров. Шпуры бурят с настила, укладываемого на крепь. Отбитая руда падает на специальный наклонный настил, а затем скатывается в рудоспуски. Боковые стенки, а иногда и кровлю забоя поддерживают с помощью усиленной распорной крепи.
Особенность этой группы систем разработки заключается в том, что по мере выполнения очистных работ выработанное (очистное) пространство заполняется специальным закладочным материалом, служащим для поддержания боковых пород от обрушения и площадкой для рабочих очистного забоя. В качестве закладочного материала используют песок, дробленые горные породы, хвосты обогатительных фабрик и т. п. В последние годы широкое применение находят твердеющие закладочныесмеси (твердеющая закладка), которые после размещения их в очистном пространстве схватываются, превращаясь в монолитный массив. Приготовление такой закладки осуществляется на специальных закладочных комплексах.
Системы разработки с закладкой применяются при разработке, как правило, крутых месторождений практически любой мощности, хотя предпочтение отдается месторождениям небольшой мощности (до 4 - 5 м), для которых требуется небольшое количество закладочного материала, в качестве которого можно использовать породы, полученные при проходке горно-капитальных выработок, а также отсортированные в забое из отбитой руды. Эффективность систем разработки с закладкой значительно вырастает, если разрабатываются богатые устойчивые руды, допускающие подработку кровли в блоке. Вмещающие породы должны иметь склонность к обрушению при обнажении на значительных площадях.
Следует отметить, что удельный вес систем разработки с закладкой в общем объеме применяемых систем с каждым годом растет. Вызвано это стремлением снизить потери при разработке богатых руд, а также предохранить поверхность от обрушения. Высокое горное давление, характерное для глубоких горизонтов, также способствует применению систем разработки с закладкой.
Доставку закладочного материала в шахту осуществляют в вагонетках, через закладочные шурфы, а также по трубам.
Системы разработки с магазинированием получили широкое применение при разработке жильных месторождений редких металлов и золота. Следует отметить, что в последние годы область распространения этих систем значятелъно расширилась а счет создания новых видов крепления.
Отличительней особенностью систем разработки с магазинированием руды является заполнение выработанного пространства отбитой рудой, которая служит для поддержания вмещающих пород или используется в качестве своеобразной платформы для рабочих. Во всех случаях после окончания выемки блока отбитую руду полностью выпускают. При использовании этих систем следует иметь в виду, что отбитая руда занимает больший объем, чем в массиве. Это следует учитывать при определении необходимого объема компенсационного пространства.
Разработка месторождений системами с магазинированием также предусматривает разделение этажей на блоки, которые, в свою очередь, разделяются на камеры и целики. Размеры блоков определяются прежде всего устойчивостью руды и вмещающих пород, а также мощностью залежи.
Вариант системы разработки с магазинированием и шпуровой отбойкой руды. Такой вариант применяется при разработке залежей мощностью от 0,8 до 5 м.
Подготовительные работы заключаются в проходке откаточного штрека, из которого через 40 - 60 м проходят восстающие до вентиляционного горизонта. Из откаточного штрека через 3 - 5 м проходят рудоспуски, верхнюю часть которых оформляют в виде приемных воронок, служащих для выпуска руды.
Очистные работы начинают у отрезного восстающего в нижней части блока. Выемку руды производят слоями в направлении снизу вверх. Высота слоя 1,5 - 2,5 м. В наклонном забое либо создают уступы, либо производят бурение вдоль всей его наклонной поверхности. Бурение шпуров осуществляют бурильщики, находящиеся на отбитой и замагазинированной руде.