KOLEJNOŚĆ, PORZĄDEK I KIERUNEK EKSPLOATACJI I WYBIERANIA

Projektując strukturę udostępnienia i rozcięcia złoża zachowuje się określony porządek postępowania (rys. 1). Wyróżnia się trzy kierunki podziału złoża:

- w kierunku głębokości,

- w kierunku rozciągłości,

- w kierunku upadu,

którym przypisane są odpowiednio kolejność, kierunek i porządek eksploatacji i wybierania.

Rys. 1. Kolejność, kierunek i porządek eksploatacji oraz wybierania.

Eksploatacja i wybieranie wzdłuż osi Z - kolejność eksploatacji i wybierania.

W kierunku zgodnym z kierunkiem osi głębokości (oś Z) rozróżnia się kolejność wybierania poziomów, pokładów w obrębie poziomu i warstw w pokładzie grubym w ramach wybierania pokładu.

Eksploatację w większości przypadków prowadzi się poziomami z góry w dół. Wpływ na zastosowanie takiej kolejności wybierania miało szereg czynników, w tym najważniejsze to rozpoznanie warunków górniczo-geologicznych zalegania złoża, które prowadzono otworami wierconymi z powierzchni ziemi. Najczęściej, więc ze względów technicznych, lecz także ekonomicznych wiercono otwory do określonej, ograniczonej głębokości, np. 100÷200m, co przy dostatecznej powierzchni zbadanego obszaru pozwoliło na udokumentowania zasobów zapewniających wieloletnią eksploatację. Rozpoczynano, więc wybieranie złoża prowadząc równocześnie dalsze prace badawczo-poszukiwawcze na większej głębokości. Taką kolejność rozpoznania złoża i rozbudowy kopalń przeszły niemal wszystkie polskie kopalnie węgla. Analizując dokumentacje zagospodarowania złoża kopalń, łatwo jest zauważyć, że jeszcze przed 40÷50 laty kopalnie najczęściej miały złoże udokumentowane do około 400÷500m i prowadziły jego wybierania początkowo do głębokości około 300÷400m. Z czasem wzrastać zaczęła zarówno głębokość, do jakiej udokumentowano złoża, jak i postępująca za tym, w miarę wyczerpywania się zasobów na mniejszych głębokościach, głębokość eksploatacji. Obecnie nierzadkie są przypadki udokumentowania złoża do głębokości 1200÷1400m, eksploatację zaś prowadzi się na głębokości 900÷1200m.

Eksploatację można również prowadzić poziomami w kolejności z dołu do góry. Ten przypadek jest jednak rzadko stosowany, głównie z tego powodu, iż wymaga zastosowania bardzo kosztownych i długotrwających prac wiertniczych i dokumentacyjnych na etapie rozpoznania i udokumentowania złoża. Rozwiązanie to wydaje się być zasadnym tylko w przypadku złóż zalegających w formie gniazd, soczew, itp, tj. takich, przy których określona jest dolna powierzchnia obszaru zalegania złoża, a ponadto nie zalega ono na dużej głębokości.
W pewnych okolicznościach warunki takie mogą spełniać złoża rud, w których określa się tzw. strefę okruszcowania, a więc przestrzenny obszar, w którym zawartość surowca będącego przedmiotem eksploatacji w rudzie osiąga określony minimalny poziom. Wówczas dolna płaszczyzna tego obszaru wyznacza dolną granicę eksploatacji i celowym może się okazać wybieranie poziomami z dołu do góry. W złożach pokładach, jakimi są złoża węgla najczęściej tak nie jest. Dolna powierzchnia występowania karbonu występuje zwykle bardzo głęboko i nieopłacalne oraz technicznie bardzo trudne było w przeszłości, zbadanie i udokumentowanie do takiej głębokości złoża. Zważyć należy, iż eksploatację węgla na Górnym Śląsku rozpoczęto na szeroką przemysłową skalę przed około 250 laty.

Zaletą eksploatacji poziomami z góry w dół jest, przede wszystkim możliwość szybszego rozpoznania i udokumentowania złoża i przystąpienia do jego wybierania. Rozwiązanie to ma jednak także szereg wad, a mianowicie:

- wiąże się często z tworzeniem się zbiorników wodnych, które stanowią zagrożenie
w trakcie wybierania niższych poziomów i w związku z tym wymagane jest podejmowanie specjalnych zabiegów polegających najczęściej na odwodnieniu tych zbiorników lub pozostawieniu filarów zabezpieczających,

- wybierania w pierwszej kolejności wyższych poziomów jest powodem tworzenia krawędzi eksploatacji zatrzymanej i niewybranych resztek, których oddziaływania na pokłady wybierane z niższych poziomów jest przyczyną pogorszenia warunków prowadzenia eksploatacji, wzrostu zagrożenia tąpaniami, itp.,

- w czasie eksploatacji prowadzonej poziomami z góry w dół często dochodzi do podbierania wyrobisk wyższego poziomu na skutek prowadzenia wybierania na poziomie niższym.

Wymienionych wad nie ma eksploatacja prowadzona poziomami w kolejności z dołu do góry. Ewentualne tworzenie się zbiorników wody w zrobach i wyrobiskach eksploatowanych nie stanowi zagrożenia dla wyrobisk prowadzonych na poziomie wyższym, nie dochodzi do podbierania wyrobisk wyższego poziomu, a oddziaływanie krawędzi eksploatacji zatrzymanej w górę jest zdecydowanie słabsze niż na wyrobiska położone poniżej utworzonej krawędzi.

W obrębie poziomu wydobywczego prowadzi się zazwyczaj wybierania kolejno lub równocześnie kilku pokładów. Obowiązuje tutaj zasada wybierania pokładów w kolejności również z góry w dół. Stanowi o tym § 88 rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002r (Dz. U. Nr 139 poz. 1169), w którym zapisano:

1. Partię złoża lub pokład wyżej leżący wybiera się przed pokładem leżącym niżej.

2. Określona w ust. 1 kolejność wybierania może być zmieniona, gdy:

- zachodzi konieczność odprężenia lub odgazowania pokładu,

- odległość i własności skał między pokładami zabezpieczają pokład wyżej leżący przed skutkami eksploatacji pokładu leżącego niżej,

- wybieranie pokładu niżej leżącego odbywa się z zastosowaniem podsadzki.

Bezpieczną odległość pomiędzy pokładem podbieranym i podbierającym wyznacza się wyliczając tzw. wskaźnik podbierania M (rys. 2). Jest to iloraz odległości dzielącej pokłady podbierany i podbierający oraz grubości (wysokości ściany) wybieranego pokładu podbierającego

gdzie:

M - wskaźnik podbierania,

h - odległość pomiędzy pokładami (m),

g - miąższość pokładu podbierającego lub wybieranej w nim warstwy (m).

Rys. 2. Podbieranie pokładów.

Jeżeli wartość tego współczynnika jest większa od 7, wówczas zmiana kolejności wybierania jest możliwa. Jeżeli mieści się w przedziale 5÷7 to dopuszczenie do zmiany kolejności wybierania wymaga szczegółowej analizy budowy geologicznej złoża i parametrów fizyko-mechanicznych skał oddzielających podkłady podbierany i podbierający. Jeżeli natomiast wartość ta jest mniejsza od 5, wówczas zmiana kolejności wybierania pokładów i podbieranie pokładu wyżej leżącego jest niedopuszczalne zagraża, bowiem tym, że zawał prowadzony
w pokładzie niżej leżącym obejmie również pokład podbierany.

Trzecie pojęcie dotyczące kolejności wybierania odnosi się do kolejności wybierania warstw, na które dzielony jest pokład gruby (rys. 3).

Rys. 3. Kolejność wybierania warstw w pokładzie grubym.

Obowiązuje w tym przypadku zasada mówiąca, że jeżeli pokład jest wybierany z podsadzką hydrauliczną to wybiera się go warstwami w kolejności z dołu do góry - od spągu do stropu. W przypadku zawału stropu kolejność jest odwrotna, tzn. wybiera się warstwy w kolejności z góry w dół, tj. od stropu do spągu. Przy wybieraniu z podsadzką suchą pełną zazwyczaj postępuje się identycznie, jak w przypadku podsadzki hydraulicznej. Nie mniej możliwe jest, z technicznego punktu widzenia, zastosowanie kolejności z góry w dół podobnie, jak przy zawale zwłaszcza, gdy dla odizolowania wyrobisk w kolejnych warstwach stosuje się pozostawiania półki węglowej.

Eksploatacja i wybieranie wzdłuż osi X - kierunek eksploatacji i wybierania.

W obrębie obszaru górniczego, jak i w poszczególnych pokładach występuje przemieszczanie się eksploatacji pól eksploatacyjnych i wybierania ścian (przodków wybierkowych) wzdłuż rozciągłości pokładów (oś X). Ten rodzaj przemieszczania się eksploatacji lub wybierania nazywa się kierunkiem eksploatacji lub kierunkiem wybierania.

Obszar górniczy kopalni jest zwykle podzielony na bloki tektoniczne, często tożsame z blokami (polami) eksploatacyjnymi, które dzieli się na pola wybierania w obrębie, których obserwuje się przemieszczania poszczególnych przodków wybierkowych (obecnie najczęściej ścian). Wyróżnić, więc można kierunek eksploatacji pól eksploatacyjnych w obrębie obszaru górniczego, pól wybierania w ramach pól eksploatacyjnych i wreszcie kierunek wybieranie przodków wybierkowych w obrębie pól wybierania.

W odniesieniu do kierunku eksploatacji stosuje się określenie eksploatacja od granic
i do granic (rys. 4).

Rys. 4. Kierunek eksploatacji od granic i do granic.

PE1, PE2… - pola eksploatacyjne

Eksploatacja od granic oznacza kierunek przesuwania się eksploatacji - w sensie kolejności eksploatacji pól eksploatacyjnych - od granic obszaru górniczego w kierunku szybów głównych lub głównej przecznicy udostępniającej. Eksploatację rozpoczyna się od pól najbardziej odległych od szybów głównych, by z czasem prowadzić ją w polach eksploatacyjnych położonych coraz to bliżej szybów. Wymaga to wykonania - w porównaniu z eksploatacją do granic - znacznej ilości robót udostępniających, co powoduje podniesienie kosztów wykonania robót inwestycyjnych i opóźnia moment rozpoczęcia eksploatacji. Pozwala jednak z czasem na skracanie dróg odstawy, transportu, przewietrzania, a także izolowania się od partii już wybranych. Eksploatacja do granic oznacza kierunek przesuwania się eksploatacji pól eksploatacyjnych od szybów głównych (centrum obszaru górniczego) w kierunku granic obszaru górniczego. Pozwala to na wcześniejsze rozpoczęcie eksploatacji przy równoczesnym kontynuowaniu udostępnienia bardziej odległych od szybów głównych, pól eksploatacyjnych. Konsekwencją tego jest sukcesywne wydłużanie się dróg udostępnienia, odstawy, transportu, przewietrzania itp. W rzeczywistości rzadko mamy do czynienia z tak jednoznacznym i klarownym modelem postępowania. Zwykle kopalnie stosują jednocześnie obydwa rozwiązania. Po udostępnieniu złoża przystępują do jego wybierania w partiach położonych blisko szybów głównych, jednocześnie kontynuując udostępnienia pól eksploatacyjnych bardziej odległych. W kopalniach funkcjonujących już przez wiele lat na kierunek eksploatacji ma duży wpływ istniejący już stan wyeksploatowania złoża. Najczęściej w pierwszej kolejności eksploatowane są te jego partie, w których już wcześniej wybrano jakieś pokłady. Sprzyja to, bowiem odprężeniu następnych pokładów, co poprawia bezpieczeństwo prowadzenia robót górniczych, zwłaszcza w warunkach występującego zagrożenia tąpaniami.

W odniesieniu do kierunku wybierania pól wybierania i przemieszczania się frontu wybierania w obrębie tych pól używa się określenia wybieranie od pola i do pola. W każdym polu eksploatacyjnym funkcjonuje pochylnia, będąca pochylnią zbiorczą dla tego pola, którą prowadzi się odstawę urobku z wszystkich przodków wybierkowych prowadzonych w tym polu. O określeniu kierunku wybierania decyduje kierunek przesuwania się frontu wybierania (przodka - ściany) w stosunku do tej pochylni i granic pola eksploatacyjnego. Jeżeli ściana rozpoczyna swój bieg od granicy pola eksploatacyjnego i przesuwa się w kierunku pochylni zbiorczej w tym polu (pochylni odstawczej), to wówczas kierunek taki określa się jako wybieranie od pola. Kierunek przeciwny - od pochylni zbiorczej w kierunek granic pola eksploatacyjnego - to kierunek do pola (rys. 5 i 6).

Rys. 5. Wybieranie od pola.

Rys. 6. Wybieranie do pola.

Prowadząc wybieranie w kierunku od pola można często wyrobiska przyścianowe (chodniki) likwidować za postępującą ścianą, co jest dużym udogodnieniem w prowadzeniu wybierania. Nie ponosi się kosztów ich utrzymania, następuje izolacja od zrobów. Następuje również skracanie drogi odstawy i przewietrzanie. Wyrobiska przed ścianą są utrzymywane w caliźnie węglowej, co sprzyja utrzymaniu ich w należytym stanie i eliminuje ucieczki powietrza, co ma miejsce w przypadku, gdy ściana jest prowadzona do pola.

Prowadzenie ściany w kierunku do pola stwarza konieczność utrzymywania chodników przyścianowych za frontem ścianowym. Chodniki te są, więc położone, w co najmniej jednostronnym otoczeniu zrobów. Pogarsza to warunki ich utrzymania. Są one często zaciskane, co powoduje, że konieczne jest podejmowanie kosztownych i trudnych działań zmierzających do przywrócenia im pierwotnego kształtu i wielkości przekroju. Obecność zrobów zawałowych wzdłuż chodnika, którym prowadzony jest do ściany prąd świeżego powietrza powoduje ucieczki tego powietrza do zrobów, co niekorzystnie wpływa na warunki przewietrzania ściany, a ponadto wzmaga zagrożenia pożarowe pożarami endogenicznymi w zrobach zawałowych w ścianie. Ponieważ zroby są zwykle zbiornikiem gazów kopalnianych, to w czasie niżu barycznego występuje zjawisko ich wypływu do chodników, a więc także do prądu świeżego powietrza dostarczanego do ściany. Projektując kierunek wybierania ścian od pola lub do pola należy starannie rozważyć przytoczone powyżej argumenty za i przeciw stosowania przedstawionych rozwiązań.

Pochylnia zbiorcza dla danego pola eksploatacyjnego może być usytuowana wzdłuż jednej z granic tego pola lub w jego centrum. W tym drugim przypadku pole zostanie podzielone na dwie części - skrzydła. Wyrobiska wybierkowe mogą być skupione w jednym tylko skrzydle, a po jego wybraniu uruchomione zostanie wybieranie w drugim skrzydle, lub też można równocześnie wybierać pole w obu jego skrzydłach. Sposób pierwszy określa się mianem zgrupowania jednoskrzydłowego, drugi - dwuskrzydłowego (rys. 7). Podobna sytuacja będzie miała miejsce, gdy wybierane będą równocześnie dwa sąsiadujące ze sobą pola eksploatacyjne. Wówczas zgrupowanie przodków wybierkowych rozpatrywać należy
w odniesieniu do jednej, wspólnej dowierzchni zbiorczej dla obu pól eksploatacyjnych.

Na rys. 7 przedstawiono zgrupowanie dwuskrzydłowe frontów wybierania przy jednoczesnym wybieraniu ścian w dwóch sąsiadujących ze sobą polach eksploatacyjnych.
W skrzydle wschodnim ściana jest prowadzona do pola, zaś w skrzydle zachodnim od pola. Odstawa jest realizowana na jedną wspólną dowierzchnię odstawczą - dowierzchnia 3.

Rys. 7. Zgrupowanie wybierania dwuskrzydłowe.

1-chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym,2-chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, 3-dowierzchnia odstawcza (zbiorcza w danym polu eksploatacyjnym), 4, 5-dowierzchnie wentylacyjno-materiałowe, 6-chodnik nadścianowy (wentylacyjno-materiałowy) 7-chodnik podścianowy (odstawczy).

Eksploatacja i wybieranie wzdłuż osi Y - porządek eksploatacji i wybierania.

W kierunku zgodnym z nachyleniem pokładów, osi Y, podziału dokonuje się w obrębie poziomu, dzieląc pokład płaszczyznami poziomymi na piętra, środpiętra, a te ostatnie na filary. Stosowana jest w tym przypadku pewna systematyka wybierania, nazywana porządkiem wybierania, zależna od sposobu kierowania stropem (rys. 8 i 9).

Rys. 8. Porządek wybieranie pięter, środpięter i pól wybierkowych ścian przy wybieraniu z zawałem stropu.

Rys. 9. Porządek wybieranie pięter, środpięter i pól wybierkowych ścian przy wybieraniu z podsadzką hydrauliczną.

Jeżeli stosuje się wybieranie z zawałem stropu to front wybierania w wyższym piętrze wyprzedza front wybierania w piętrze niższym. Przy wybieraniu z podsadzką hydrauliczną postępuje się odwrotnie, tj. front wybierania w piętrze niższym wyprzedza front wybierania
w piętrze wyższym. Mówimy wówczas o porządku wybierania odpowiednio z upadem i ze wzniosem.

10

---