Systemy eksploatacji podziemnej złóż

              Przygotowane do eksploatacji części złoża są wybierane przy zastosowaniu odpowiednio dobranych systemów eksploatacji.

              Przez system eksploatacji rozumie się sposób planowego wybierania złoża za pomocą wyrobisk eksploatacyjnych o określonych wymiarach, z ustalonym kierunkiem przesuwania się przodków eksploatacyjnych i ustalonym sposobem likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej [1].              Systemami wybierania nazywamy sposoby wybierania kopaliny użytecznej ze złoża wraz z układem wyrobisk służących temu celowi.

Przy eksploatacji złóż należy kierować się następującymi zasadami:

·       złoże powinno być eksploatowane możliwie czysto,

·       eksploatacja powinna być prowadzona w taki sposób, aby kopalnia była rentowna,

·       musi być zapewnione bezpieczeństwo załogi i komfort pracy,

·       należy zachować racjonalną kolejność wybierania poszczególnych pokładów, poziomów i pięter,

·       należy stosować odpowiedni do warunków kierunek eksploatacji,

·       eksploatacja powinna być prowadzona planowo z regularną linią frontu wybierania.

Różnorodność warunków geologiczno-górniczych sprawia, że dla eksploatacji złóż stosuje się olbrzymią ilość różnych systemów eksploatacji.

              W Polsce funkcjonuje klasyfikacja systemów eksploatacji opracowana przez Prof. Budryka w 1950 r., rozszerzona o systemy aktualnie stosowane i przewidywane do stosowania w nowych udokumentowanych złożach.

              Ze względu na rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego wydzielono systemy ubierkowe, zabierkowe, komorowe i blokowe.

Klasyfikacja systemów eksploatacji złóż w kopalniach podziemnych [1]

Jeżeli dzieli się złoże (rozcina) na filary to mamy systemy filarowo-zabierkowe i filarowo-ubierkowe.

W zależności od sposobu kierowania stropem wyróżnia się systemy :

- zawałowe ;

- podsadzkowe :

                         - z podsadzką hydrauliczną ;

                         - z podsadzką suchą pneumatyczną ;

                         - z podsadzka suchą sypaną itd. ( częściową lub całkowitą ) ;

- całkowitym ugięciem się stropu ;

- z ochroną stropu.

Podczas prowadzenia eksploatacji z całkowitym zawałem stropu wyróżnia się strefy zawału (rys. 1).

                                     Rys. 1. Eksploatacja z zawałem stropu.

Zs - strefy zawału swobodnego, Zw – strefa zawału wysokiego, U - strefa ugięcia nad pustką             poeksploatacyjną (według Ropskiego) [5]

Eksploatacja może być prowadzona również z zawałem częściowym (rys. 2).

                                     Rys. 2. Eksploatacja z zawałem częściowym stropu [4].

Rys. 3. Eksploatacja z ugięciem się stropu [4]

Rys. 4. Eksploatacja z podsadzką suchą częściową dostarczaną z zewnątrz [4]

Rys. 5. Eksploatacja z podsadzką suchą całkowitą dostarczaną z zewnątrz [4]

Rys. 6. Eksploatacja z podsadzką hydrauliczną [4]

Pole wybierania wyznaczają najczęściej chodniki: podstawowy i wentylacyjny określonego poziomu wydobywczego, a długość wybieg ścian (wymiar po rozciągłości). Ograniczenie pola wybierania stanowią najczęściej nieregularności w jego zaleganiu (np. uskoki, wymycia), filary ochronne, granice obszaru górniczego, stare zroby itp. W zależności od kierunku przesuwania się frontu względem rozciągłości (kierunek wybierania przygotowanej części złoża) wydziela się systemy podłużne, poprzeczne i przekątne (diagonalne).

Rys. 7. System ścianowy podłużny z zawałem stropu [1]

Podstawowymi elementami ściany są:

       Ls – długość ściany wynosząca od 60 m (50 m) do 300 m;

       Wś – wybieg ściany od ~200 do ponad 2000 m;

        Pś - szerokość przodka (ściany) od 2 do 8 m;

        gz – wysokość ściany od 1 do około 4 m.

Przy systemie ścianowym podłużnym czoła ścian przesuwają się po rozciągłości w kierunku od granic pola do wyrobisk udostępniających (od granic obszaru górniczego) lub odwrotnie. Mówi się wówczas o kierunku wybierania od pola (od granic) lub do pola.

Rys. 8. System ścianowy podłużny z zawałem stropu do pola i od pola [2]

a – kierunek wybierania od pola, b – kierunek wybierania do pola

Wyrobiska przyścianowe mogą być chronione np. za pomocą stosów drewnianych wypełnionych podsadzką suchą (rys. 15). Na rys. 16 przedstawiono przykład zastosowania ochrony chodników przyścianowych kolumnami betonowymi. Wyrobiska korytarzowe mogą być chronione również pasami podsadzki suchej, hydraulicznej lub utwardzonej.

Rys. 15. Ochrona chodników przyścianowych za pomocą stosów drewnianych [2]

Rys. 16. Przykład zastosowania ochrony chodników przyścianowych kolumnami betonowymi [2]

Pokłady grube wybierane są z podziałem na warstwy. Grubość wybierania pokładu lub warstwy wpływa w sposób istotny na technologię eksploatacji. Obecnie grube pokłady węgla wybiera się systemami ścianowymi z podziałem na warstwy (dawniej stosowano systemy komorowe i zabierkowe). Optymalna wysokość ścian zawarta jest w przedziale 2,0 do 3,0 m i z tego też powodu uwzględniono to w podziele pokładów ze względu na grubość.

Wybieranie poszczególnych warstw może się odbywać nie­zależnie od siebie, może też być prowadzone równocześnie i skoordynowane wy­bieranie dwu lub więcej warstw. Pokłady grube można dzielić na warstwy rów­noległe do uławicenia lub też poprzeczne do uławicenia. Przy nachy­leniu nie większym niż 35° pokłady dzieli się prawie wyłącznie na warstwy rów­noległe do uławicenia.

Rys. 17. Podział grubego pokładu na warstwy [5]

Warstwy pokładu grubego można wybierać w różnej kolejności, tzn.:

·         z góry w dół;

·         z dołu do góry;

·         w sposób mieszany, np. najpierw warstwę górną odprężającą pod stropem, potem dolną po spągu, a następnie np. warstwę drugą, trzecią itd.

Eksploatacja na warstwy może odbywać się przy różnym sposobie kierowa­nia stropem:

·         z zawałem stropu,

·         z podsadzką hydrauliczną,

·         z podsadzką suchą pneumatyczną.

Przy eksploatacji z zawałem kolejność wybierania warstw musi być zawsze z góry w dół. Warstwę niższą można eksploatować np. pod skonsolidowanym zawałem (konsolidacja skał zachodząca w sposób naturalny pod wpływem ciśnienia i temperatury lub w wyniku zatłaczania do zawału np. mieszaniny popiołowo-wodnej), z wykorzystaniem przerostu (system dymitrowski) lub z pozostawieniem półki węglowej o odpowiedniej grubości.

Rys. 18. Kompleksowo zmechanizowane wybieranie grubych pokładów z podsadzką hydrauliczną [4]

a – plan sytuacyjny, b – ściana po podsadzeniu, c – ściana po wykonaniu pierwszego skrawu, d – ściana po wykonaniu drugiego skrawu

Rys. 19. System ścianowy podłużny z zawałem stropu z obudową zmechanizowaną osłonową

             Glinik–08/22-Oz [2]

Przy eksploatacji z podsadzką hydrauliczną eksploatacja prowadzona jest z wybieraniem warstw zwykle z dołu do góry, natomiast przy eksploatacji z podsadzką utwar&...