4. MODEL I STRUKTURA KOPALNI

Modelem kopalni nazywa się przestrzenny podział złoża - w granicach obszaru górniczego - płaszczyznami pionowymi i poziomymi na poziomy wydobywcze i pomocnicze, skrzydła, piętra, pola eksploatacyjne [47, 48, 61]. Jest to, więc przestrzenny sposób rozmieszczenia w bryle górotworu, wyznaczonej przez obszar górniczy kopalni, wyrobisk udostępniających i przygotowawczych. Model kopalni [61] zależy przede wszystkim od wielkości i kształtu obszaru górniczego, ale także od szeregu czynników naturalnych, takich jak:

- warunki zalegania złoża, w tym rodzaj skał budujących nadkład i ukształtowanie stropu karbonu,

- występujące zaburzenia tektoniczne i sedymentacyjne,

- zasobność złoża,

- liczba zalegających pokładów oraz ich wzajemne usytuowanie,

- nachylenie pokładów i ich miąższość,

- występujące zagrożenia górnicze.

Model kopalni podziemnej tworzy struktura wyrobisk udostępniających i przygotowawczych dostosowana do wyżej przytoczonych warunków. Może ona być zrealizowana, jako model:

- węglowy - określany też mianem struktury przecznicowej,

- kamienny - określana też jako model geometryczny, występujący w dwóch odmianach,
a mianowicie, jako:

- model bezszybikowy,

- model szybikowy,

- z pokładowym udostępnieniem złoża,

- mieszany.

Dobór właściwej struktury udostępnienia złoża jest bardzo ważny. Zaprojektowany
i wykonany sposób udostępnienia jest później trudny do zmienienia. Zmiany takie są zawsze bardzo kosztowne, często trudne lub wręcz niemożliwe technicznie do przeprowadzenia. Budowa struktury udostępnienia następuje stopniowo. Wyrobiska udostępniające i przygotowawcze są wykonywane w miarę potrzeb. Część wyrobisk po ich wykorzystaniu, gdy są już zbyteczne, jest sukcesywnie likwidowana. Struktura kopalni jest, więc strukturą dynamiczną. W dodatku w trakcie wieloletniej budowy i rozbudowy kopalni zmieniają się poglądy na temat optymalnej struktury kopalni. Pierwotnie zaprojektowana struktura ulega zmianom i modyfikacji w miarę dokonującego się postępu technicznego i zmian poglądów na niektóre problemy. Zmiana struktury kopalni i stałe przemieszczanie się stanowisk pracy związanych z procesem wydobywczym jest zresztą charakterystyczną cechą kopalni jako zakładu produkcyjnego, odróżniającą go od innych zakładów pracy. W hutach, fabrykach maszyn itp. stanowiska pracy przez wiele lat lub nawet dziesiątki lat nie zmieniają swojego położenia. W kopalniach jest inaczej. Cecha ta rodzi określone problemy związane z tymczasowością lokalizacji stanowisk pracy w górnictwie. Z jednej strony wyrobiska górnicze muszą się charakteryzować pewną określoną stabilnością i to niejednokrotnie w warunkach dużych ciśnień górotworu, z drugiej zaś strony tymczasowość ich położenia nie sprzyja budowie obiektów bardzo trwałych i wytrzymałych.

4.1. Model węglowy udostępnienia złoża - struktura przecznicowa.

Struktura przecznicowa albo węglowa, jest najprostszą strukturą udostępnienia złoża. Wymaga ona wykonania najmniejszej liczby wyrobisk udostępniających, w dodatku długość tych wyrobisk jest najmniejsza. Jest ona stosowana w przypadku złóż w miarę regularnie zalegających. Nazwę swą bierze od tego, że podstawowe udostępnienie złoża następuje poprzez wykonanie przecznic udostępniających - struktura przecznicowa, a większość wyrobisk jest wykonana w pokładzie, w węglu - stąd struktura węglowa.

Udostępnienie złoża w tej strukturze (rys. 4.1) polega na wykonaniu z powierzchni ziemi szybu wydobywczego (1), który jest jednocześnie szybem wdechowym, od którego drążona jest w kierunku pokładów przecznica udostępniająca na poziomie wydobywczym (3). Dla zminimalizowania długości tej przecznicy dogodnie jest prowadzić ją prostopadle do rozciągłości pokładu lub grupy (wiązki) pokładów, które mają być udostępnione. W miejscu przecięcia pokładu przecznicą udostępniającą na poziomie wydobywczym kończy się wykonywanie wyrobisk udostępniających na tym poziomie. Dalsze wyrobiska będą już prowadzone w pokładzie, a więc będą to wyrobiska przygotowawcze. Opisane wyrobiska określa się też czasami mianem wyrobisk prowadzonych w prądzie świeżego powietrza.

Identyczny układ wyrobisk udostępniających powtarza się na poziomie wentylacyjnym. Po wykonaniu szybu wentylacyjnego - wydechowego (4), np. jako szybu peryferyjnego, drąży się od niego na poziomie wentylacyjnym, najkrótszą drogą, przecznicę wentylacyjną (5) aż do udostępnienia pokładu lub wiązki pokładów. Są to wyrobiska udostępniające w prądzie zużytego powietrza. Wykonane do tego czasu wyrobiska nie zapewniają połączenia pomiędzy poziomem wydobywczym i wentylacyjnym, a więc nie zapewniają obiegowego prądu powietrza w kopalni.

W następnej kolejności wykonuje się wyrobiska korytarzowe w pokładzie. Są to wyrobiska przygotowawcze. Początkowo drążone są chodniki w płaszczyźnie poziomu wydobywczego i wentylacyjnego nazywane z tej racji chodnikami podstawowymi odpowiednio na poziomie wydobywczym (3) i wentylacyjnym (6). Wyrobiska te nazywa się także chodnikami głównymi. W następnej kolejności chodniki te łączy się pochylniami (7) uzyskując połączenie pomiędzy poziomem wydobywczym i wentylacyjnym. Stwarza się, więc tym sposobem możliwość zastosowania obiegowego prądu powietrza w kopalni. Pochylnie, o których mowa, rozmieszcza się wzdłuż chodników podstawowych w określonych odległościach od siebie. Odległości te zależą od przyjętego systemu wybierania i jego odmiany. Przykładowo dla odmiany podłużnej systemu ścianowego z zawałem stropu odległość ta może wynosić od 500 do 2000m, a w dogodnych warunkach nawet 3000m. Wyznacza ona, bowiem wybieg projektowanych ścian. Dwie takie pochylnie (7) wraz z chodnikiem podstawowym na poziomie wydobywczym (3) i chodnikiem podstawowym na poziomie wentylacyjnym (6) wydzielają z pokładu określoną partię - płaszczyznę - nazywaną polem eksploatacyjnym (PE). Na rys. 4.1 zaznaczona jest tylko jedna pochylnia (7), drugą granicę pola eksploatacyjnego stanowi granica obszaru górniczego. Ponieważ pochylnie te dzielą pokład na pola eksploatacyjne, dlatego biorąc pod uwagę tę ich funkcję, nazywa się je pochylniami działowymi. Biorąc zaś pod uwagę funkcję, jaką spełniają w procesie produkcyjnym, pochylnie te częściej noszą nazwę pochylni odstawczej i wentylacyjno-materiałowej, itp. Ponieważ każda pochylnia w zależności od tego w jakim kierunku była drążona, w odniesieniu do chodnika podstawowego, z którego była rozpoczynana, może nosić nazwę dowierzchni lub upadowej, to wyrobiska te mogą się także nazywać dowierzchnią odstawczą i dowierzchnią wentylacyjno-materiałową, lub upadową odstawczą i wentylacyjno-mteriałową.

Dalszy podział pola eksploatacyjnego jest jeszcze bardziej zależny od przyjętego systemu wybierania. Kontynuując wcześniej rozpoczęty podział pokładu, z pochylni działowych (dowierzchni odstawczej lub wentylacyjno-materiałowej) drąży się chodniki, które dzielą pole eksploatacyjne (pokład) na piętra. Chodniki te dla odróżnienia od chodników podstawowych określa się mianem chodników piętrowych, śródpiętrowych w zależności od stopnia podziału pokładu. Dla odróżnienia od chodników podstawowych, mogą być określane mianem chodników wybierkowych, zaś z racji położenia w stosunku do ściany (w przypadku stosowania ubierkowego systemu wybierania) noszą często nazwę chodnik podścianowy (8) i nadścianowy (9) lub ogólnie określa się je jako wyrobiska przyścianowe. Z racji pełnionych funkcji określa się je także mianem chodnika odstawczego (8) i wentylacyjnego lub wentylacyjno-materiałowego (9). Ostatnim elementem rozcinki pokładu i jego przygotowania do wybierania systemem ścianowym w odmianie podłużnej jest pochylnia łącząca chodnik podścianowy
z chodnikiem nadścianowym, nazywana przecinką (obcinką) ścianową - przecinką rozruchową ściany. Po wyposażaniu tego wyrobiska w obudowę oraz maszyny i urządzenia stanowiące wyposażenie ściany wydobywczej staje się ono wyrobiskiem wybierkowym, czyli ścianą (10). Część pokładu, zawarta pomiędzy chodnikami przyścianowymi i dowierzchniami: odstawczą i wentylacyjno-materiałową nazywa się polem wybierania ściany (PŚĆ) lub polem ścianowym.

Przedstawiony podział pokładu wyrobiskami przygotowawczymi w odróżnieniu od wyrobisk udostępniających, jak widać z przytoczonego przykładu, zależy w dużej mierze od przyjętego systemu wybierania i jego odmiany. Zależność ta dodatkowo wzrasta wraz z „głębokością” podziału. Położenie chodników podstawowych w minimalnym stopniu zależy od projektowanego systemu wybierania. W odniesieniu do pochylni działowych, zależność ta jest już wyraźna i odnosi się do odległości pomiędzy pochylniami, wyznaczającej dla odmiany podłużnej systemu ścianowego, jest to wybieg projektowanych ścian, zaś dla odmiany poprzecznej ich długość. Jeszcze większa zależność od projektowanego systemu wybierania uwidacznia się w stosunku do chodników wybierkowych, gdzie odległość między nimi wyznacza długość ściany prowadzonej w odmianie podłużnej, zaś długość pochyła poziomu określa liczbę ścian w polu eksploatacyjnym, a więc także liczbę chodników przyścianowych - liczbę pól ścianowych.

Dalsza rozbudowa struktury, polegająca na uruchomieniu drugiego, niższego poziomu wydobywczego (rys. 4.2), sprowadza się do pogłębienia istniejącego szybu wydobywczego do głębokości projektowanego poziomu II, a następnie wykonanie przecznicy na tym poziomie (12) od szybu aż do miejsca udostępnienia pokładu. Przecznica ta zwykle jest wykonana w jednej płaszczyźnie pionowej z identyczną przecznicą na poziomie I. Pozwala to na zmniejszenie wymiarów filarów ochronnych dla tych wyrobisk, jako że wyznacza się tylko jeden filar ochronny. Pogłębienie istniejącego szybu może być zastąpione wykonaniem kolejnego szybu wydobywczego (11) sięgającego do głębokości drugiego poziomu wydobywczego. Rozwiązanie to jest częściej stosowane. Jest to jedna z przyczyn lokalizacji
w obrębie zakładu głównego kilku szybów centralnych, co zastało omówione w rozdziale 3.2.1. Dalej prowadzone są już wyrobiska przygotowawcze, a więc wyrobiska w pokładzie. Prowadzi się chodnik podstawowy (13) na poziomie wydobywczym II, następnie zaś z niego pochylnie działowe (14) łączące ten chodnik z chodnikiem podstawowym (3) na poziomie wydobywczym I. W tym miejscu rodzi się konflikt, jako że jest to chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, czyli wyrobisko, w którym prowadzony jest prąd świeżego powietrza dla poziomu I, po połączeniu zaś z chodnikiem podstawowym na poziomie wydobywczym II, do wyrobiska tego odprowadzany byłby prąd zużytego powietrza z poziomu wydobywczego II. Widać stąd, że połączenie takie jest możliwe tylko w części chodnika podstawowego (3) na poziomie wydobywczym I, w której chodnik ten nie jest już wykorzystywany, ponieważ znajduje się w polu eksploatacyjnym, w którym wybieranie zostało zakończone. Na tym odcinku po odpowiednim otamowaniu i odizolowaniu od pozostałej jego części, chodnik ten może on być wykorzystywany, jako chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym dla poziomu wydobywczego II. Pozostaje jednak w dalszym ciągu do rozwiązania takie wyznaczenie i utrzymanie drogi zużytego powietrza na poziom wentylacyjny, ażeby jego odprowadzanie nie kolidowało z drogami, którymi prowadzony jest prądu świeżego powietrza dla wyrobisk wybierkowych na poziomie wydobywczym I. Wyizolowanie tej drogi jest oparte na

Rys. 4.1. Udostępnienie złoża - struktura przecznicowa w kopalni jednopoziomowej (model węglowy).

1 - szyb wydobywczy (wdechowy), 2 - przecznica na poziomie wydobywczym, 3 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym (odstawczy), 4 - szyb wentylacyjno-materiałowy (wydechowy),
5 - przecznica na poziomie wentylacyjnym, 6 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym (wentylacyjno-materiałowy), 7 - pochylnia działowa (odstawcza), 8 - chodnik podścianowy (odstawczy, 9 - chodnik nadścianowy (wentylacyjno materiałowy), 10 - ściana. PE - pole eksploatacyjne, PŚĆ - pole wybierania ściany (pole ścianowe), piętro.

odpowiednim rozmieszczeniu tam i śluz wentylacyjnych. Jest to, więc izolacja dość niepewna, biorąc pod uwagę szczelność tam wentylacyjnych i najczęściej konieczność utrzymania ruchu załogi poprzez te tamy. Przy różnicy depresji odizolowanych, sąsiadujących z sobą prądów powietrza, każde otwarcie tamy wentylacyjnej lub jej nieszczelność oznacza przepływ powietrza, nazywany popularnie krótkim spięciem wentylacyjnym, i mieszanie się prądu świeżego i zużytego powietrza. Jest to zjawisko niepożądane, a w przypadku występowania pożaru i zadymienia w jednym z prądów, bardzo niebezpieczne. Z przytoczonego wywodu wynika także, że wykorzystanie chodnika podstawowego na poziomie wydobywczym I, jako chodnika wentylacyjnego dla poziomu wydobywczego II wymaga odpowiedniego, wyprzedzającego wykonania robót wybierkowych na poziomie I w stosunku do poziomu II, czyli odpowiedniej czasowo-przestrzennej koordynacji prowadzenia frontów wybierania, Są to, więc istotne wady przecznicowej struktury udostępnienia w kopalni dwupoziomowej, niejednokrotnie trudne do wyeliminowania.

Rozpływ prądów powietrza w kopalni dwupoziomowej przedstawionej na rys. 4.2 może być realizowany w następujący sposób. Powietrze do ściany nr 4 będzie doprowadzone następującymi drogami: szybem (1), przecznicą (2) na poziomie wydobywczym I, chodnikiem podstawowym (3) na poziomie wydobywczym I, na wschód od skrzyżowania z przecznicą na poziomie wydobywczym (2) do pochylni odstawczej (7a), następnie do chodnika podścianowego (8) ściany nr 4. Po jej przewietrzeniu prąd powietrza zużytego z tej ściany będzie odprowadzany: chodnikiem nadścianowym (9) do pochylni odstawczej (7a), następnie tą pochylnią do chodnika podstawowego na poziomie wentylacyjnym (6) do przecznicy (5) na poziomie wentylacyjnym i do szybu wentylacyjnego (4). Przepływ powietrza ścianą nr 4 wymaga zabudowania tamy wentylacyjnej w pochylni odstawczej (7a) na odcinku pomiędzy chodnikiem podścianowym (8) i nadścianowym (9).

Powietrze do ściany nr 6 na poziomie wydobywczym I, doprowadzane będzie szybem wydobywczym (11), przecznicą (12) na poziomie wydobywczym II, chodnikiem podstawowym (13) na poziomie wydobywczym II, pochylnią odstawczą (14), chodnikiem podścianowym (15) do ściany nr 6. Zużyte powietrze z tej ściany odprowadzane będzie chodnikiem nadścianowym (16), do pochylni odstawczej (14) i dalej do chodnika podstawowego (3) na poziomie wydobywczym I, a następnie pochylnią odstawczą (7) do chodnika podstawowego na poziomie wentylacyjnym (6) i przecznicą wentylacyjną (5) do szybu wentylacyjnego (4). Rozdzielenie prądu powietrza świeżego prowadzonego do ściany nr 4 i powietrza zużytego
z ściany nr 6, wymaga postawienia tam wentylacyjnych (śluzy) w chodniku podstawowym (3) na poziomie wydobywczym I, na odcinku pomiędzy skrzyżowaniem tego chodnika z pochylnią odstawczą (7) i (14) oraz przecznicą (2) na poziomie wydobywczym I. Tamy wentylacyjne muszą być również zabudowane w chodniku podścianowym (8) i nadścianowym (9) dla

Rys. 4.2. Udostępnienie złoża - struktura przecznicowa w kopalni dwupoziomowej (model węglowy).

11 - szyb wydobywczy (wdechowy), 12 - przecznica na poziomie wydobywczym II, 13 - chodnik podstawowy (odstawczy) na poziomie wydobywczym II, 14 - pochylnia działowa (odstawcza), 15 - chodnik podścianowy (odstawczy) dla ściany 6, 16 - chodnik nadścianowy (wentylacyjno-materiałowy) dla ściany 6, 17 - ściana nr 6.

ściany nr 4 w celu odizolowania prądu powietrza zużytego prowadzonego z poziomu wydobywczego II od ściany nr 4.

4.2. Model kamienny, bezszybikowy udostępnienia złoża - struktura geometryczna.

Struktura geometryczna albo model kamienny udostępnienia złoża charakteryzuje się większą liczbą i długością wyrobisk udostępniających wykonanych w skale płonnej. Stąd
w nazwie przymiotnik kamienny. Poprzez wykonanie przecznic polowych struktura ta cechuje się pewną powtarzającą się geometrią udostępnienia, stąd z kolei w nazwie struktury określenie geometryczna.

Istota udostępnienia (rys. 4.4) polega na wykonaniu z powierzchni szybu wydobywczego - wdechowego (1), od którego prowadzi się przecznicę (2) na poziomie wydobywczym I, a z niej z kolei przekop (wzdłuż rozciągłości pokładów) nazywany kierunkowym (3). Przecznica ta łączy szyb z przekopem kierunkowym i dlatego czasami określa się ją mianem przecznicy łączącej (2), chociaż częściej nadaje się jej nazwę związaną z pełnioną funkcją,
a więc np. przecznica wydobywcza na poziomie 500m.

Przekop kierunkowy (3) wykonuje się w odległości 20 do 30m przed pierwszym pokładem w wiązce pokładów, lub też prowadzi się go w spągu udostępnianej wiązki pokładów, czyli za ostatnim pokładem w wiązce (rys. 4.3). W tym ostatnim przypadku przecznica łącząca (2) musi być odpowiednio dłuższa, to znaczy doprowadzona około 20 do 30m za wiązkę pokładów. Po drodze przecina ona oczywiście pokłady w wiązce udostępniając je. Punkty przecięcia przecznicy łączące j(2) z pokładami nie zawsze są jednak wykorzystywane jako punkty udostępnienia pokładów. Właściwymi punktami udostępnienia są punkty przecięcia przecznic polowych (4) prowadzonych z przekopu kierunkowego do pokładów.

Wykonanie przekopu kierunkowego przed wiązką pokładów (w stropie wiązki pokładów) wymaga zazwyczaj wyznaczenia w trakcie prowadzenia wybierania na następnym głębszym poziomie wydobywczym, filara ochronnego dla tego przekopu. Innym rozwiązaniem może być odpowiednia koordynacja prowadzenia frontów wybierania i prowadzenie eksploatacji na głębszym poziomie dopiero wówczas, gdy odcinek przekopu kierunkowego, pod którym zamierza się prowadzić wybieranie jest już zbędny i można go zlikwidować. Wykonanie przekopu kierunkowego za wiązką pokładów (w spągu tej wiązki) nie wymaga takich zabiegów, bowiem przekop ten nigdy nie będzie podbierany, nawet wówczas, gdy prowadzona będzie równocześnie eksploatacja na kolejnym, głębszym poziomie. Jest to zaletą tego rozwiązania.

Rys. 4.3. Lokalizacja przekopu kierunkowego przed lub za pokładem strukturze kamiennej-
bezszybikowej udostępnienia złoża (model geometryczny).

1 - szyb wydobywczy (wdechowy), 2 - przecznica łącząca na poziomie wydobywczym, 3, 3a - przekop kierunkowy na poziomie wydobywczym, 4, 4a - przecznica polowa na poziomie wydobywczym, 5 - szyb wentylacyjny (wydechowy), 6 - przecznica łącząca na poziomie wentylacyjnym, 7, 7a - przekop kierunkowy na poziomie wentylacyjnym, 8, 8a - przecznica polowa na poziomie wentylacyjnym, 9 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, 10 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym, A - punkt udostępnienia pokładu na poziomie wydobywczym, B - punkt udostępnienia pokładu na poziomie wentylacyjnym

Liczba przecznic polowych jest dowolna, dostosowana do istniejących potrzeb. W odróżnieniu, więc od struktury przecznicowej, która charakteryzowała się tym, że w podstawowym modelu zapewniała tylko jeden punkt udostępnienia pokładu, struktura geometryczna umożliwia uzyskanie dowolnej liczby punktów udostępnienia pokładu. Odległość pomiędzy kolejnymi przecznicami polowymi wyznacza długość pola eksploatacyjnego po jego rozciągłości. Zależy ona między innymi w dużym stopniu od projektowanego systemu wybierania
i jego odmiany. Traktując rzecz analogicznie, jak w wcześniej opisanej strukturze przecznicowej, np. dla systemu ścianowego w odmianie podłużnej z zawałem stropu może to być odległość około 500 do 2000m, a w dogodnych warunkach nawet 3000m. Wymienione wyrobiska są wyrobiskami udostępniającymi na poziomie wydobywczym I, czyli są to wyrobiska w prądzie świeżego powietrza. Identyczny układ wyrobisk udostępniających jest powtórzony na poziomie wentylacyjnym. Wykonuje się, więc szyb wentylacyjny-wydechowy (5), przecznicę łączącą wentylacyjną (6), przekop kierunkowy na poziomie wentylacyjnym (7) oraz polowe przecznice wentylacyjne (8), udostępniające pokłady na poziomie wentylacyjnym.

Od miejsca udostępnienia pokładu wykonuje się chodniki podstawowe na poziomie wydobywczym (9) i wentylacyjnym (10), a następnie łączy się je pochylniami działowymi (11) wydzielając w ten sposób pola eksploatacyjne (PE). Chodniki podstawowe, ze względu na

Rys. 4.4. Struktura kamienna (model geometryczny) w kopalni jednopoziomowej.

1 - szyb wydobywczy (wdechowy), 2 - przecznica łącząca na poziomie wydobywczym, 3, 3a - przekop kierunkowy na poziomie wydobywczym, 4, 4a - przecznica polowa na poziomie wydobywczym, 5 - szyb wentylacyjny (wydechowy), 6 - przecznica łącząca na poziomie wentylacyjnym, 7, 7a - przekop kierunkowy na poziomie wentylacyjnym, 8, 8a - przecznica polowa na poziomie wentylacyjnym, 9 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, 10 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym, A - punkt udostępnienia pokładu na poziomie wydobywczym, B - punkt udostępnienia pokładu na poziomie wentylacyjnym, 11- pochylnia odstawcza, 12 - chodnik podścianowy (odstawczy), 13 - chodnik nadścianowy (wentylacyjno-materiałowy), 14 - ściana nr 2.

dowolną liczbę punktów udostępnienia, w odróżnieniu od struktury przecznicowej, nie muszą być prowadzone i utrzymywane na całej długości udostępnionego skrzydła pokładu lub przy eksploatacji dwuskrzydłowej na całej długości obu skrzydeł pokładu liczonej wzdłuż jego rozciągłości w obrębie obszaru górniczego. Wystarczy je wykonać i utrzymywać np. tylko pomiędzy dwoma punktami udostępnienia, tj dwoma przecznicami polowymi, czyli w aktualnie eksploatowanym polu. Sprzyja to sukcesywnej rozbudowie struktury kopalni w miarę potrzeb związanych z planowanym kształtowaniem wielkości wydobycia, a także szybkiej likwidacji zbędnych wyrobisk udostępniających. Dalszego podziału pola eksploatacyjnego dokonuje się wykonując wyrobiska przygotowawcze przynależne do określonego, wybranego systemu wybierania pokładu.

Rozbudowa kopalni polegająca na uruchomieniu poziomu wydobywczego II sprowadza się do pogłębienia szybu wydobywczego do głębokości założenia tego poziomu lub wykonania drugiego szybu wydobywczego zlokalizowanego w obrębie zakładu głównego. Dalsze udostępnienie złoża na poziomie wydobywczym II przebiega podobnie, jak na poziomie wydobywczym I. Wykonuje się przecznicę łączącą, przekop kierunkowy i przecznice polowe.

Zużyte powietrze z poziomu II można odprowadzać na poziom wentylacyjny wykorzystując wyrobiska poziomu wydobywczego I lub też wykonać centralnie zlokalizowany szyb wentylacyjny i przecznicę wentylacyjną, czyli drugi poziom wentylacyjne. W tym ostatnim przypadku będzie on założony na głębokości zbliżonej do głębokości poziomu wydobywczego I. Różnica wysokości wynosi zwykle kilka, czasami kilkanaście metrów. Jako wyrobiska wentylacyjne II poziomu wentylacyjnego mogą być wykorzystane niektóre wyrobiska udostępniające poziomu wydobywczego I. Sprzyja temu między innymi duża liczba punktów udostępnienia pokładów, charakterystyczna dla tej struktury udostępnienia złoża.

4.3. Model kamienny, szybikowy udostępnienia złoża - struktura geometryczna.

Model szybikowy jest w literaturze traktowany przez jednych autorów jako odrębny model udostępnienia złoża, inni zaś przedstawiają go jako odmianę struktury geometrycznej stosowaną w specyficznych warunkach zalegania złoża. Szybikowy model udostępnienia
w swej podstawowej wersji, stosowany jest wówczas, gdy pokłady (złoże) zalegają poziomo lub pod bardzo małym kątem nachylenia. Udostępnienie wówczas jednym poziomem wydobywczym kilku pokładów napotyka na trudności, gdyż płaszczyzna poziomu w obrębie obszaru górniczego przecina zwykle tylko jeden pokład. Wykonanie kilku poziomów niezależnie dla pojedynczych pokładów jest niecelowe lub niemożliwe, ponieważ odległość pomiędzy kolejnymi poziomami byłaby zbyt mała. To samo dotyczy poziomu wentylacyjnego. W takiej sytuacji wyjściem jest zastosowanie szybikowego modelu udostępnienia pokładów. Model szybikowy jest również stosowany, gdy tektonika złożą jest bardzo skomplikowana, występują liczne uskoki o znacznych zrzutach i udostępnienie pokładów jednym wyrobiskiem poziomym (przecznicą lub przekopem) jest niemożliwe.

Udostępnienie pokładów przy zastosowaniu modelu szybikowego (rys. 4.5) polega na wykonaniu od szybu wydobywczego na danym poziomie wydobywczym przecznicy łączącej, następnie przekopu kierunkowego, a z niego przecznic polowych. Cała wymieniona struktura wyrobisk udostępniających na poziomie wydobywczym, tj. wyrobiska w prądzie świeżego powietrza, wykonana jest poniżej udostępnianych pokładów (wiązki pokładów), w ich spągu. Wymienione do tej pory wyrobiska nie udostępniają jeszcze pokładów. Identyczna struktura wyrobisk udostępniających jest wykonana na poziomie wentylacyjnym, powyżej udostępnianych pokładów (wiązki pokładów), w ich stropie. Także te wyrobiska nie udostępniają bezpośrednio pokładów. Pokłady zalegają pomiędzy wyrobiskami udostępniającymi poziomu wydobywczego i wentylacyjnego. Na poziomie wentylacyjnym zamiast przecznic polowych wykonuje się czasami pochylnie kamienne wydrążone z niewielkim wzniosem w kierunku odprowadzania prądu zużytego powietrza. Właściwe udostępnienie pokładów następuje szybikami, które łączą przecznice polowe na poziomie wydobywczym i wentylacyjnym. Szybiki tworzą regularną, geometryczną siatkę. Wyznaczają one wymiary pól eksploatacyjnych po rozciągłości i nachyleniu pokładów. Liczbę udostępnionych pól eksploatacyjnych określa strategia rozwoju wydobycia.

Rys. 4.5. Udostępnienie pokładów przy zastosowaniu modelu szybikowego. (W.Parysiewicz Struktura kopalń węgla.)

4.4. Model z pokładowym udostępnieniem złoża.

Model ten w polskim górnictwie węgla kamiennego jest obecnie rzadko stosowany. Sposobem tym udostępniane są pokłady zalegające poziomo i stosunkowo płytko. Istota udostępnienia polega na wykonaniu z powierzchni wyrobisk udostępniających - najczęściej szybów pionowych wprost do pokładu. Dalsze wyrobiska są już wyrobiskami prowadzonymi w pokładzie, a więc formalnie wyrobiskami przygotowawczymi różnej rangi (różnego rzędu). Najczęściej od szybu wydobywczego (wdechowego) prowadzi się chodnik podstawowy (główny) na odległość równą długości planowanego pola eksploatacyjnego lub kilku pól. Pełni on rolę zbiorczego chodnika odstawczego. W modelu przecznicowym lub geometrycznym rolę taką pełni zwykle przecznica łącząca lub przekop kierunkowy. Podobne wyrobisko wykonuje się od strony szybu wentylacyjnego. Następnie wyrobiska te łączy się chodnikami, wydzielając w zależności od stosowanego systemu wybierania, pola ścianowe lub pola eksploatacyjne.

Bazowanie w tym modelu głównie na wyrobiskach wykonanych w pokładzie, w przypadku złóż węgla kamiennego, ogranicza wielkość pól eksploatacyjnych. Ograniczenie to jest związane z warunkami utrzymania wyrobisk w pokładzie, skłonnością węgla do samozapalenia, itp. Uruchomienie nowego pola eksploatacyjnego wiąże się najczęściej z wykonaniem nowego szybu. To z kolei ogranicza - z uwagi na koszty głębienia szybu - głębokość, do której zastosowanie takiego modelu jest opłacalne.

Pewną odmianą tego modelu w polskim górnictwie węglowym było wybieranie płytko zalegających partii pokładów, udostępnionych z powierzchni upadowymi (zamiast szybów). Wybierano w ten sposób stosunkowo małe partie pokładów. Po wybraniu danego pola eksploatacyjnego wykonywano w nowym miejscu kolejną upadową i wybierano kolejne pole. Eksploatację cechowały niskie koszty udostępnienia, łatwy i tani transport materiałów i odstawa urobku, krótki czas dojścia załogi do miejsca pracy, itp. Po wyczerpaniu się zasobów zalegających w takich warunkach, omawianego sposobu udostępnienia zaniechano.

Model ten znajduje zastosowanie w górnictwie rud, gdzie zwykle dominują inne formy zalegania aniżeli złoże pokładowe. Złoże jest wówczas w obrębie obszaru okruszcowania udostępnione na danym poziomie wydobywczym, przygotowane do wybierania i wybierane wyrobiskami usytuowanymi poziomo.

4.5. Model mieszany udostępnienia złoża.

Jest to połączenie różnych elementów przedstawionych wcześniej modeli, stosownie do konfiguracji obszaru górniczego i budowy geologicznej złoża. W praktyce kopalnianej jest to najczęściej stosowane rozwiązanie. Dla udostępnienia różnych partii złoża stosuje się najprostsze, najbardziej efektywne i najtańsze sposoby udostępnienia. Dlatego część złoża może być udostępniona przy zastosowaniu modelu geometrycznego, a inna za pomocą modelu przecznicowego. Dotyczy to również zróżnicowania udostępnienia na poziomie wydobywczym i wentylacyjnym. Na poziomie wydobywczym pokłady mogą być udostępnione np.
w modelu geometrycznym, natomiast na poziomie wentylacyjnym w modelu przecznicowym. W ocenie zastosowanego modelu udostępnienia, istotny jest również wiek kopalni. Rozbudowywana przez kilkadziesiąt lat kopalnia posiada strukturę zmieniającą się z czasem. Najstarsze jej części i poziomy noszą cechy modelu przecznicowego, później uruchamiane często mają charakter modelu geometrycznego lepiej nadającego się do zastosowania głównej odstawy taśmociągami aż pod szyb wydobywczy. Istota zagadnienia polega na umiejętności zastosowania rozwiązań optymalnych dla danych warunków zalegania złoża.

4.6. Porównanie struktur udostępnienia złoża.

Przedstawione struktury udostępnienia pokładów rzadko występują w czystej, wyżej przedstawionej postaci. Budowa złoża jest zwykle bardzo złożona. Jest ono podzielone uskokami na bloki tektoniczne w obrębie, których pokłady dzielone są na pola eksploatacyjne. Również konfiguracja obszaru górniczego ma wpływ na sposób udostępnienia złoża. Dlatego do udostępnienia jednych jego partii może być zastosowana struktura przecznicowa, innych struktura geometryczna.

Przecznicowa struktura udostępnienia, jak już wspomniano na wstępie posiada szereg zalet, a mianowicie:

- charakteryzuje się prostotą,

- liczba i długość wyrobisk udostępniających jest stosunkowo niewielka, a więc także koszt udostępnienia jest odpowiednio niższy,

- udostępnienie pokładów następuje stosunkowo szybko.

Struktura ta posiada także szereg wad, stwarzających problemy w udostępnieniu
i eksploatacji złoża w niektórych warunkach. Do wad tej struktury należy zaliczyć:

- małą liczbę punktów udostępnienia złoża, co może stwarzać problemy w uzyskaniu odpowiedniego poziomu wydobycia,

- konieczność utrzymywania, zwykle przez długi okres czasu, chodników podstawowych wykonanych w pokładach, co w przypadku skłonności pokładów do samozapalenia może stwarzać zagrożenie pożarowe; jest również niekorzystne w przypadku występowania zagrożenia tąpaniami,

- utrzymywanie wyrobisk przygotowawczych zwiększa koszt ich koniecznej przebudowy
i utrzymania,

- mała liczba punktów udostępnienia może w razie pożaru sprawiać problemy w wyizolowaniu określonych partii złoża, odpowiednio małych, w taki sposób, ażeby możliwe było bezpieczne prowadzenie wybierania w innej części kopalni. Zagrożona jest w takiej sytuacji większa część kopalni,

- struktura przecznicowa czyni udostępnienie złoża bardzo zależnym od jego tektoniki,

- trudniejsze jest w tej strukturze uniknięcie krzyżowania się prądów świeżego i zużytego powietrza w trakcie jednoczesnego prowadzenia wybierania na dwóch poziomach,

Struktura geometryczna udostępnienia złoża pozwala uniknąć szeregu niedogodności i wad, którymi charakteryzuje się struktura przecznicowa. Do zalet struktury geometrycznej należy zaliczyć:

- możliwość uzyskania dużej liczby punktów udostępnienia złoża,

- zmniejszenie liczby, długości i czasu utrzymywania wyrobisk przygotowawczych, co zmniejsza koszty ich utrzymywania, a także ogranicza zagrożenia pożarowe i tąpaniami,

- mniejsze uzależnienie udostępnienia złoża od jego tektoniki,

- łatwiejsze niż w strukturze przecznicowej uniknięcie krzyżowania się prądów świeżego
i zużytego powietrza w trakcie jednoczesnego prowadzenia wybierania na dwóch poziomach, oraz w razie konieczności odizolowanie pól pożarowych,

- możliwość większej koncentracji wydobycia.

Zalety struktury geometrycznej są, więc jak widać, przeważnie przeciwieństwem wad struktury przecznicowej.

Struktura geometryczna posiada także szereg wad, chociaż ich liczba jest mniejsza niż liczba wad struktury przecznicowej. Najistotniejsze z nich to:

- wymaga wykonania większej liczby wyrobisk udostępniających o większej długości,

- większy zakres robót udostępniających wpływa na wydłużenie czasu koniecznego do uzyskania udostępnienia i wzrost kosztu jego wykonania,

- wyższy koszt i dłuższy czas wykonania wyrobisk udostępniających koniecznych do zrealizowania struktury geometrycznej udostępnienia złoża powoduje, że jej zastosowanie do udostępnienia niewielkich partii złoża jest nieopłacalne, co ogranicza zakres stosowania tego sposobu udostępnienia.

Model szybikowy udostępnienia złoża charakteryzuje się zaletami i wadami zbliżonymi do struktury geometrycznej. Jego zastosowanie podyktowane jest specyficznymi warunkami zalegania złoża, a więc zakres stosowania jest stosunkowo wąski.

16

---