1. Wybór systemu wybierania:

Budowa kopalni i wszystkie prace w niej prowadzone służą jednemu celowi, którym jest pozyskiwanie kopaliny użytecznej dla potrzeb człowieka, czyli eksploatacji górniczej. Obiektem eksploatacji górniczej jest złoże.

Zależnie od głębokości zalegania złoża rozróżnia się następujące rodzaje eksploatacji:

— eksploatację naziemną, czyli odkrywkową

— eksploatację podziemną, czyli głębinową, która dzieli się na typowo górniczą i odwiertową,

— eksploatację podmorską.

Ze względu na sposób pobierania kopaliny użytecznej z calizny złoża rozróżnia się następujące metody eksploatacji złóż: (4 wymienić)

— metodę odspajania, stosowaną obecnie przeważnie do eksploatacji kopalin stałych (eksploatacja złóż węgla)

— metodę ługowania, polegającą na rozpuszczaniu minerałów stałych w wodzie np. sól,

— metodę wytapiania, czyli stapiania i rozpuszczania w wysokiej temperaturze minerałów stałych oraz wydobywanie ich w stanie ciekłym na powierzchnię (eksploatacja złóż siarki),

— metodę zgazowania, polegającą na pozyskiwaniu gazów palnych przez częściowe spalanie węgla kamiennego lub brunatnego w złożu,

— metodę czerpania kopalin ciekłych i gazowych stosowaną w górnictwie naftowym, gazu ziemnego oraz wód mineralnych

1. Wybór sposobu eksploatacji złoża zależy od wielu czynników, takich jak: (4 wymienić)

miejsce i głębokość zalegania złoża,

budowa geologiczna górotworu,

ukształtowanie i zagospodarowanie terenu,

wielkość zasobów złoża,

fizyczne i chemiczne własności złoża,

aktualne możliwości techniczne,

kształt wybieranej części złoża,

grubość złoża,

nachylenie pokładu,

rodzaj i własności skał otaczających pokład, głównie skał stropowych,

zaburzenia tektoniczne,

ochrona powierzchni,

ochrona leżących wyżej pokładów,

usytuowanie krawędzi eksploatacji wyżej leżących pokładów,

zagrożenia naturalne i ich profilaktyka,

występowanie warstw wodonośnych.

1. Wybrany system eksploatacji złoża należy tak dostosować do istniejących warunków, aby zapewnić w nich: (4 wymienić)

• możliwie największe bezpieczeństwo pracy,

• najniższe koszty wydobycia,

• najwyższą wydajność,

• najmniejsze straty złoża,

• dużą koncentrację wydobycia,

• ciągłość produkcji,

• właściwa wentylację,

• łatwy transport materiału oraz elementów wyposażenia ściany,

• optymalnie krótki ciąg odstawy urobku,

• odpowiednie odprowadzenie wody,

• zastosowanie nowoczesnej mechanizacji,

• odpowiedni stopień zabezpieczenia obiektów na powierzchni.

1. Warunki geologiczne - grubość złoża

Dla systemów ścianowych stosowanych w kopalniach kamiennego wydziela się warstwy o grubości 2,5÷3,0 [m].

Zależnie od kąta nachylenia i grubości złoża wydziela się warstwy równoległe do uławicenia, warstwy poziome lub pochyłe.

Podziału na warstwy równoległe do uławicenia dokonuje się w złożach poziomych i słabo nachylonych.

W przypadku stosowania systemów z podsadzką hydrauliczną korzystniej jest wydzielać warstwy pochyłe z uwagi na odprowadzanie grawitacyjne wód podsadzkowych w kierunku zrobów.

Podział pokładów ze względu na grubość:

- pokłady cienkie o grubości do 1,5 [m]

- pokłady średnie o grubości od 1,5 [m] do 4,0 [m]

- pokłady grube o grubości od 4,0 [m]

1. Warunki geologiczne - kąt nachylenia złoża

Najkorzystniejsze warunki eksploatacji występują w złożach poziomych lub prawie poziomych. Ze wzrostem kąta nachylenia wzrastają trudności i koszty wybierania. Przy kątach nachylenia powyżej 30° wykorzystuje się systemy z krótkimi przodkami, krótkie wybierki wybierane pasami, systemy zabierkowe lub wybieranie schodowe. W złożach stromych stosuje się systemy z grawitacyjną odstawą urobku, wykorzystując naturalną cechę złoża i możliwości samostaczania się urobku.

Podział złóż ze względu na kąt nachylenia:

- pokłady poziome lub prawie poziome 0°÷5°

- pokłady słabo nachylone 5°÷30°

- pokłady silnie nachylone 30°÷45°

- pokłady strome 45°÷90°

1. Warunki geologiczne - własności skał

Rodzaj skał stropowych ma bezpośredni wpływ na wybór sposobu likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej. Dla ułatwienia wyboru systemu eksploatacji opracowano różne klasyfikacje skał stropowych. Jedną z najczęściej stosowanych jest klasyfikacja Sałustowicza (klasyfikacja jakościowo-opisowa):

Klasa I – strop bezpośredni utworzony ze skał kruchych, łatwo się rabujących, przy czym miąższość ich jest większa, niż 5-krotna grubość pokładu,

Klasa II – strop bezpośredni utworzony ze skał kruchych, łatwo się urabiających, przy czy miąższości ich jest mniejsza niż 5-krotna grubość pokładu,

Klasa III – stropu bezpośredniego brak, strop zasadniczy nad pokładem utworzony z grubej warstwy skał mocnych i nieuginających się,

Klasa IV – strop utworzony ze skał zdolnych do uginania się, a więc plastycznych lub drobnouwarstwionych.

Przy I klasie stropu zaleca się stosowanie stropów z zawałem stropu, przy II klasie stropu systemy z zawałem częściowym lub podtrzymywaniem stropu zasadniczego pasami podsadzki suchej, przy III klasie systemy z podsadzką hydrauliczną a przy IV klasie systemy z ugięciem stropu. Do klasyfikacji ilościowej dla warunków GZW należy klasyfikacja Głównego Instytutu Górnictwa. Wg tej klasyfikacji kryterium oceny stropu są wytrzymałość skał stropowych na ściskanie oraz uwarstwienie skał stropowych, zdefiniowane jako liczba wskaźnikowa „L”.

Wpływ na zachowanie się stropu mają powierzchnie uławicenia i łupności. Ważnym zagadnieniem jest usytuowanie czoła frontu eksploatacji w stosunku do łupności. Przy stropach skłonnych do obwałów czoło frontu ustawia się pod kątem od 15° do 25° w stosunku do biegu płaszczyzn łupności.

Ukośne usytuowanie czoła frontu względem biegu powierzchni łupności poprawia stateczność wyrobisk i wpływa korzystnie na efekt urabiania. W przekroju pionowym powierzchnie łupności mogą tworzyć bloki wiszące lub leżące.

1. Klasyfikacja systemów podziemnej eksploatacji złóż

Cecha podziału	Grupy	Kryterium podziału na grupy	Podgrupy
Rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego	Ubierkowe	Długość przodka	Ścianowe
			Filarowo-ubierkowe
			Ubierkowe pasami
	Zabierkowe	Długość zabierki	Długich zabierek
			Filarowo-zabierkowe
	Komorowe	Sposób wybierania złoża	Komorowe właściwe
			Komorowo-filarowe
			Ubierkowo-komorowe
	Blokowe	Sposób wypuszczania urobku	Z czołowym wypuszczaniem urobku
			Z dennym wypuszczaniem urobku

1. Klasyfikacja systemów podziemnej eksploatacji złóż

Cecha podziału	Grupy	Kryterium podziału na grupy	Podgrupy
Sposób kierowania stropem	Z ochroną stropu	Sposób utrzymania stropu	Utrzymanie przestrzeni eksploatacyjnej (systemy komorowe)
			Z podsadzką (hydrauliczną, suchą, utwardzoną)
			Z magazynowaniem urobku
	Z zawałem stropu	Grubość stropu bezpośredniego	Zawał pełny
			Zawał częściowy
	Z ugięciem stropu	Własności skał stopowych i grubość złoża	Ugięcie całkowite
			Ugięcie częściowe
Kierunek wybierania	Podłużne	-	-
	Poprzeczne	-	-
	Przekątne	-	-
Grubość złoża	Na całą grubość złoża	-	-
	Eksploatacja warstwami	Sposoby podziału na warstwy	Warstwami równoległymi do uławicenia
			Warstwami poziomymi
			Warstwami pochyłymi

1. Klasyfikacja systemów wybierania pokładów węglowych

a) systemy ubierkowe, które dzieli się na:

—    systemy ścianowe,

—    systemy ubierkowo-filarowe,

—    systemy pośrednie ubierkowo-zabierkowe,

b) systemy zabierkowe, które dzieli się na:

—    systemy filarowo-zabierkowe,

—    systemy długich zabierek,

c) systemy komorowe.

1. Klasyfikacja systemów wybierania pokładów węglowych

Pod względem usytuowania kierunku posuwania się ściany względem rozciągłości pokładu systemy dzieli się na:

—  podłużne - posuwanie się frontu wybierania jest równoległe do rozciągłości pokładu,

—  poprzeczne - posuwanie się frontu wybierania usytuowane jest prostopadle do rozciągłości pokładu,

—  przekątne (diagonalne), gdy posuwanie się frontu wybierania usytuowane jest przekątnie do rozciągłości pokładu.

W zależności od tego czy pokład wybiera się na całą grubością na raz czy na warstwy systemy dzieli się na:

—    jednowarstwowe,

—    wielowarstwowe.

1. Systemy ścianowe

• podłużny 

• poprzeczny

• przekątny

1. Systemy ubierkowo filarowe:

1. podłużny

2. poprzeczny

1. Systemy filarowo zabierkowe:

a) podłużny

b) poprzeczny

1. Ścianowy system wybierania

Ściany i ubierki różnią się między sobą tylko długością czoła przodku. Wyrobiska o znacznej długości czoła przodku nazywa się ścianami, a o niewielkiej długości (do 50 m) — ubierkami. Ściany są obecnie najbardziej rozpowszechnionymi wyrobiskami wybierkowymi w górnictwie węglowym. Z nich też pochodzi większość produkcji.

Ściana jest to wyrobisko ograniczone dwoma równoległymi do siebie wyrobiskami chodnikowymi (najczęściej nazywanymi chodnikami podścianowymi i nadścianowymi w przypadku systemu podłużnego lub pochylniami w przypadku systemu poprzecznego, albo też wyrobiskami przyścianowymi – ta nazwa może być używana w pierwszym i drugim systemie). Wyrobiska przyścianowe mogą przybierać różne nazwy i tak np. chodnik nadścianowy nazywany jest także wentylacyjnym lub transportowym. Obramowują one pole wybierania ściany, czyli część złoża przewidzianą do wybrania daną ścianą. Przecinka ścianowa (nazywana także dowierzchnią ścianową) ciągnie się między wyrobiskami przyścianowymi. Ma ona najczęściej przebieg prostoliniowy, ale nie zawsze. Węgiel urabiany jest na całym czole ściany, na skutek czego ściana przesuwa się w trakcie wybierania.

1. Ścianowy system wybierania

Wybiegiem ściany nazywa się długość pola wybieranego przez daną ścianę, a więc odległość od jej rozpoczęcia do ukończenia. Wybiegi ścian są różne w zależności od warunków geologiczno-górniczych - najczęściej od kilkuset do ponad tysiąca metrów. Ograniczenie pola wybierania mogą stanowić uskoki, filary ochronne, granice obszaru górniczego, stare zroby itp.

Przy systemie ścianowym podłużnym pole wybierania dzieli się na piętra, niekiedy również na podpiętra, które wybiera się ścianami.

Jeżeli czoło ściany przesuwa się w kierunku od granic pola do wyrobisk udostępniających, to kierunek wybierania określa się jako kierunek od pola lub od granic. Jeżeli natomiast czoło ściany przesuwa się od wyrobisk udostępniających do granicy pola wybierania, mówi się o wybieraniu do pola lub do granic.

1. Struktura udostępnienia:

• kamienna

• węglowa

1. Systemy ścianowe z podsadzką hydrauliczną

Ściana prowadzona podłużnie – pokłady poziome lub prawie poziome

1. System ścianowy z podsadzką suchą

System ścianowy z podsadzką suchą może być z podsadzką pełną lub częściową.

System ścianowy z pełną posadzką suchą stosuje tam, gdzie:

• zachodzi konieczność ochrony powierzchni

• istnieje konieczność lokalizowania skały płonnej pochodzącej z robót górniczych i przeróbki mechanicznej,

• nie ma możliwości zastosowania innego sposobu kierowania stropem.

W Polskim górnictwie wydobycie ze ścian na podsadzkę suchą od lat stematycznie spada i obecnie jest stosowane bardzo rzadko. Stosuje się system ścianowy z podsadzką suchą w odmianie podłużnej.

Linia czoła ściany w zależności od nachylenia pokładu może być prostoliniowa lub ustępliwa.

Roboty przygotowawcze stanowią chodniki: podścianowy i nadścianowy oraz przecinka ścianowa. Urabianie, ładowanie i odstawa dokonywane są podobnie jak w ścianach zawałowych

1. Zabierkowe systemy wybierania

System zabierkowy był powszechnie stosowanym systemem wybierania w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Obecnie systemy zabierkowe zostały zastąpione systemami ścianowymi. O wyeliminowaniu wydobycia z zabierek zdecydowały miedzy innymi takie czynniki jak: brak możliwości mechanizacji robót i koncentracji wydobycia, kłopoty z opanowaniem ciśnienia górotworu na większych głębokościach, większe straty eksploatacyjne zwiększone zagrożenie pożarowe.

Obecnie wybieranie zabierkami byłoby uzasadnione przy eksploatacji resztek pokładowych zakładając, że będzie to ekonomicznie uzasadnione i bezpieczne. Stosując długie zabierki może się okazać, że mechanizacja jest opłacalna. Możemy w niej zastosować do urabiania kombajn chodnikowy oraz obudowę stalową.

Przy eksploatacji pokładu zabierkami pole wybierania dzielimy na filary, które następnie wybieramy zabierkami, to jest wyrobiskami o szerokości do 6 m i wysokości do 4 m z pozostawieniem od strony zrobów pasa calizny zwanego nogą, którego szerokość nie powinna przekraczać 4 m. Wąski przodek upodabnia zabierkę do wyrobiska chodnikowego, stąd sposób urabiania, obudowy, ładowania i odstawy urobku jest podobny.

Systemy zabierkowe można podzielić na:

- system filarowo-zabierkowy, czyli krótkich zabierek,

- system długich zabierek o długości od 40 do 100m.

Systemy zabierkowe mogą być:

• podłużne gdzie kierunek posuwania się frontu wybierania filaru jest równoległy do linii rozciągłości, a przodki zabierek posuwają się po wzniosie lub po upadzie,

• poprzeczne gdzie kierunek frontu wybierania filaru jest prostopadły do linii rozciągłości, a przodki zabierek posuwają się po linii rozciągłości.

1. Zabierkowe systemy wybierania

System zabierkowy podłużny

System zabierkowy poprzeczny

1. Eksploatacja w warunkach zagrożeń - Wybieranie pokładów pod obiektami chronionymi

W polskim górnictwie stosuje się następujące podstawowe rozwiązania technologiczne eksploatacji filarów ochronnych:

— częściową eksploatację pokładów węgla,

— całkowitą eksploatację pokładów węgla systemem wybierania długimi przodkami z zastosowaniem podsadzki hydraulicznej lub pneumatycznej.

Częściową eksploatację pokładów węgla w filarze ochronnym prowadzi się systemem wybierania krótkimi przodkami — pasami (szerokości do kilkunastu metrów) z zastosowaniem filarów węglowych podtrzymujących warstwy skał stropowych między wybranymi pasami oraz podsadzki hydraulicznej do podsadzania przestrzeni poeksploatacyjnych. System ten pozwała na wybranie 50 do 60% złoża w filarze ochronnym. Jest on całkowicie bezpieczny dla podbieranych obiektów, gdyż współczynnik osiadania powierzchni utrzymuje się w granicach 2 do 5% grubości wybieranego pokładu. Obecnie metoda eksploatacji z ochroną stropu znajduje niewielkie zastosowanie.

Stosowanie tego systemu jest ekonomicznie uzasadnione jedynie do wybierania złóż o wysokiej wartości gospodarczej.

Obecnie stosuje się całkowitą eksploatację filara z zastosowaniem całkowitej podsadzki hydraulicznej lub suchej. Podsadzka hydrauliczna może powodować osiadanie terenu w granicach 10 do 20% grubości pokładu, a sucha 20 do 30% .

Przy eksploatacji filarów ochronnych stosuje się w polskim górnictwie dwie metody prowadzenia frontów wybierania:

• metodę wybierania jednofrontowego - Przy metodzie tej eksploatację prowadzi się wzdłuż jednego frontu wybierania, utrzymując szeregowy układ poszczególnych przodków wybierkowych (ścian); prowadzi się ją w zasadzie w jednym pokładzie lub w jednej warstwie w przypadku wybierania pokładów grubych. Metodę tę stosuje się najczęściej do wybierania pokładów średniej grubości.

• metodę wybierania kilkoma frontami. Eksploatację prowadzi się równocześnie kilkoma równoległymi frontami w kilku pokładach, z zachowaniem optymalnych wyprzedzeń między frontami i granicami wybierania poszczególnych pokładów tak, aby ich wpływy nie sumowały się, a raczej częściowo się znosiły. Metodę tę stosuje się zwykle przy wybieraniu pokładów mniejszej grubości oraz w przypadku zalegania ich pod większym kątem nachylenia. Umożliwia większą koncentrację wybierania złoża, wymaga dużej dyscypliny technicznego prowadzenia eksploatacji, w przeciwnym razie może spowodować nieprzewidziane większe ruchy terenu, wpływające szkodliwie na chronione obiekty.

W obu metodach wybieranie może być jedno- lub dwukierunkowe. W przypadku wybierania jednokierunkowego początkowy front wybierania sytuuje się przy granicy filaru i prowadzi się eksploatację w kierunku do przeciwległej granicy filaru — częściej stosowane przy eksploatacji filarów szybowych.

W przypadku wybierania dwukierunkowego początkowy front wybierania sytuuje się w środkowej części filarów (pod obiektem chronionym) i wybiera się dwoma frontami w dwu przeciwległych kierunkach do granic filaru, utrzymując równoległość obu frontów wybierania. Wybór metody zależy od sytuacji eksploatacyjnej poza filarem ochronnym, a także od innych technicznych i organizacyjnych czynników.

Stosowanie dwukierunkowego wybierania daje dobre wyniki, jeżeli jest prawidłowo prowadzone i z możliwie dużym postępem. Przy tym sposobie wybierania podbierany obiekt nie jest narażony na działanie sił rozciągających, lecz tylko ściskających, które są mniej szkodliwe dla obiektu.