Требование повышения надежности изоляции в случае наличия сближенных пластов накладывает ограничения на схему и порядок их вскрытия. При междупластье менее 25 м исключается проведение с квершлага двух заездов при двухстороннем варианте подготовки, а при расстоянии между пластами менее 15 метров заезд на мощный пласт возможен только по углю, что исключает установку перемычек в породах междупластья. Одновременно принципы группирования и порядок отработки свит сближенных пластов позволяют одновременную отработку отдельных пластов, которые по отношению друг к другу являются несближенными. С учетом этих ограничений для повышения надежности изоляции путем создания условий возведения изолирующих перемычек во вмещающих породах для вскрытия сближенных пластов предусматривается проведение групповых квершлагов.
Как уже отмечалось, вскрытие месторождений при открытом способе разработки производится с целью обеспечения транспортной связи рабочих горизонтов карьера с поверхностью путей проведения специальных горных выработок. Вскрытие производится в основном траншеями. В отдельных случаях могут применяться стволы и штольни.
На выбор способа вскрытия большое влияние оказывают условия залегания месторождения, вид транспорта, расположение поверхностных сооружений и система открытой разработки.
Принятый способ вскрытия должен обеспечивать безопасность работ, заданную производительность и быть экономичным.
Различают несколько видов вскрытия: бестраншейное, траншейное (наклонные и крутые траншеи), подземными выработками и комбинированное.
В случае применения железнодорожного, автомобильного и конвейерного транспорта наличие вскрывающих выработок обязательно.
Если же горную породу перемещают рабочими органами грузоподъемных, отвальных и других горных машин, то вскрывающие выработки могут отсутствовать. Такое вскрытие называется бестраншейным.
Выемку при бестраншейном вскрытии ведут кабельными кранами при разработке узких, вытянутых в одном направлении крутых месторождений или применяют башенные экскаваторы при разработке пластовых месторождений, залегающих в мягких породах.
Из-за ограниченной области применения этот вид вскрытия широкого распространения не получил.
На выбор способа вскрытия оказывают влияние многие факторы.
Условия залегания месторождения и топография местности часто допускают возможность применения трех-четырех и более вариантов вскрытия.
Окончательно схему вскрытия месторождения выбирают путем технико-экономического сравнения всех возможных вариантов. При этом предпочтение отдают тому варианту, который обеспечивает наибольшую безопасность работ при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, отнесенных на 1 т добываемого полезного ископаемого. Следует отметить, что варианты, отличающиеся на 5 - 10% по указанным показателям, считаются равноценными.
Поступают при этом следующим образом. Определив возможные варианты вскрытия, вычерчивают схемы и по чертежам определяют длину капитальных выработок. Затем определяют капитальные затраты, включающие стоимость шахтных стволов (штолен), надшахтных зданий и сооружений, квершлагов и т. д.
В комбинированном способе вскрытия месторождения сочетается несколько простых способов. Это вызвано тем, что при разработке месторождений на большой глубине или при изменяющихся условиях залегания рудного тела в различных частях месторождения применение какого-либо одного простого способа вскрытия не может обеспечить необходимую производственную мощность предприятия.
Иногда комбинированный способ вскрытия применяется вынужденно, когда были допущены ошибки в первоначальном выборе способа вскрытия, например, из-за недостаточной разведанности месторождения.
Однако комбинированные способы вскрытия имеют ряд недостатков. Прежде всего возникает необходимость в проведении и обслуживании нескольких вскрывающих выработок. Ступенчатый подъем приводит к многократным перегрузкам полез¬ного ископаемого. Спуск и подъем людей, материалов и оборудования при комбинированных способах вскрытия значительно усложняется.
Рассмотрим несколько схем комбинированного вскрытия.
Из простых способов вскрытия наиболее распространенным вариантом для крутых и мощных угольных месторождений является вскрытие вертикальным шахтным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения горных пород. При такой схеме вскрытия не требуется оставления охранного целика. Единственным недостатком является увеличение длины квершлагов с понижением уровня горных работ.
Вскрытие вертикальным шахтным стволом, расположенным в висячем боку месторождения, осуществляется лишь в тех случаях, когда по условиям рельефа или застроенности поверхности нельзя ствол расположить в лежачем боку или когда породы лежачего бока сильно обводнены или неустойчивы.
Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пройденным по месторождению, встречается крайне редко из-за необходимости оставления значительных запасов полезного ископаемого в целиках.
Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пересекающим месторождение, осуществляют при разработке маломощных большого простирания пологих залежей бедных руд. Необходимость оставления полезного ископаемого в охранном целике для предохранения ствола от разрушения не является препятствием для применения такой схемы вскрытия по двум причинам: во-первых, запасы в охранном целике незначительны по сравнению с общими запасами, а во-вторых, сокращается длина квершлагов.
Под вскрытием шахтного поля понимают проведение после разведки так называемых вскрывающих выработок, открывающих доступ от поверхности земли к месторождению и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок. К вскрывающим выработкам относят стволы шахт, штольни, квершлаги, капитальные уклоны, бремсберги и др. По вскрывающим выработкам осуществляют спуск и подъем людей, материала и оборудования, выдают из шахты полезное ископаемое, пустую породу, подают в шахту свежий воздух для проветривания и удаляют загрязненный воздух.
Различают главные и вспомогательные вскрывающие выработки. К главным относятся выработки (стволы, штольни), предназначенные для выдачи на поверхность полезного ископаемого, к вспомогательным - выработки (стволы слепых шахт, капитальные уклоны и др.), не имеющие непосредственного выхода на дневную поверхность и служащие для выполне¬ния различных транспортных операций, вентиляции, а также для вскрытия новых участков месторождения.
После окончания Великой Отечественной войны, в связи с широким проектированием и строительством новых шахт в исследовательских и проектных организациях началось изыскание и разработка более совершенных способов вскрытия и подготовки шахтных полей Донбасса.
Институт горного дела АН УССР предложил погоризонтную схему вскрытия при подготовке участками-блоками, при групповой разработке пластов и расположении главных выработок в устойчивых породах. Такая схема вскрытия и подготовки осуществлена на ряде шахт-новостроек, например, на шахтах «Россия» и «Украина» треста «Селидовуголь», «Краснолиманской» треста «Красноармейскуголь» и др.
Во исполнение решений XXI съезда КПСС по указанию ЦК КПСС была создана специальная комиссия, которая разработала технические направления развития угольной промышленности СССР на предстоявшие 7-10 лет. Эта комиссия рекомендовала при проектировании новых шахт применять схемы вскрытия и подготовки шахтных полей, обеспечивающие увеличение нагрузки на шахтопласт, резко сократить протяженности горных выработок, увеличить сроки существования горизонтов (или этажей), а также применять бесступенчатую или одноступенчатую схемы подземного транспорта. Наиболее рациональной схемой вскрытия считают вскрытие вертикальными стволами. При проектировании крупных шахт (в частности с длиной шахтных полей по простиранию 10-12 км), в особенности метанообильных, в целях снижения величины общешахтной депрессии целесообразно предусматривать вскрытие шахтных полей отдельными блоками с независимым проветриванием каждого. Наиболее рациональными схемами подготовки шахтных полей признаны панельные и этажные с несколькими подэтажами, обеспечивающие высокую нагрузку на пласт. Для повышения устойчивости основных выработок магистральные выработки рекомендуется проводить в устойчивых породах и применять групповую разработку пластов. При проектировании новых шахт целесообразно предусматривать такие схемы вскрытия горизонтов и отдельных участков, которые обеспечат простоту подземного транспорта по магистральным выработкам, прямоточное восходящее проветривание горизонтов, этажей и выемочных полей. Уклонные работы могут допускаться при небольших запасах угля на горизонте, при весьма пологих пластах, а также для последнего (нижнего) горизонта шахтного поля.