Квершлаг

Квершлаг — это горизонтальная или наклонная подземная горная выработка, проводимая по пустым (вмещающим) породам вкрест простирания пласта полезного ископаемого (угля, руды, соли) и не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность. Квершлаги предназначены для вскрытия месторождения, соединения ствола шахты с основными выработками (штреками), транспортировки грузов, вентиляции, водоотлива и передвижения людей.

История и происхождение термина

Термин «квершлаг» происходит от немецкого Querschlag, что буквально означает «поперечный удар» или «поперечный проход». В горном деле Германии XVI–XVII веков так называли выработки, которые пересекали рудное тело или пласт под прямым углом. В русскую горную терминологию слово вошло в XVIII веке, в период активного развития горнозаводского дела на Урале и в Сибири, когда на российские рудники приглашались немецкие специалисты. В отличие от штрека, который идёт по простиранию пласта (вдоль него), квершлаг проходится поперёк, что позволяет вскрыть несколько пластов или рудных тел, залегающих на разных глубинах.

Классификация квершлагов

Квершлаги классифицируются по нескольким признакам: назначению, расположению относительно поверхности, углу наклона и способу проведения.

По назначению

• Вскрывающие (главные) — соединяют ствол шахты с околоствольным двором и основными штреками. Служат для вскрытия всего шахтного поля.
• Откаточные (транспортные) — предназначены для перемещения горной массы, породы, материалов и оборудования с помощью рельсового транспорта или конвейеров.
• Вентиляционные — обеспечивают подачу свежего воздуха в очистные и подготовительные забои и отвод отработанного воздуха.
• Водоотливные — прокладываются для сбора и отвода шахтных вод к водосборникам и насосным станциям.
• Полевые — проводятся по пустым породам на некотором расстоянии от пласта, чтобы избежать влияния горного давления и облегчить поддержание выработки.

По расположению

• Горизонтальные — имеют угол наклона до 5°.
• Наклонные — угол наклона превышает 5°. Используются при вскрытии наклонных и крутопадающих пластов.

По способу проведения

• Буровзрывные — проходка с использованием шпуров и взрывчатых веществ. Традиционный метод, применяемый в крепких породах.
• Комбайновые — с использованием проходческих комбайнов (например, ПК-8, ГПКС). Наиболее производительный и безопасный метод в мягких и средней крепости породах.
• Щитовые — с применением проходческих щитов, редко, в особо сложных гидрогеологических условиях.

Устройство и параметры

Квершлаг, как правило, имеет коробовое, трапециевидное или арочное поперечное сечение. Форма сечения выбирается в зависимости от горно-геологических условий (крепости пород, горного давления) и назначения выработки.

Основные параметры квершлага:

• Площадь поперечного сечения — от 4–6 м² (вентиляционные) до 20–30 м² и более (главные откаточные). Определяется габаритами транспортных средств, зазорами, необходимыми по правилам безопасности, и размерами вентиляционных труб.
• Длина — может варьироваться от нескольких десятков метров до нескольких километров. Самые длинные квершлаги в мире достигают 10–15 км (например, на рудниках ЮАР и Чили).
• Крепь — для поддержания выработки в устойчивом состоянии. Применяются:
• Деревянная крепь — редко, в малоответственных выработках с коротким сроком службы.
• Металлическая арочная крепь (СВП, КМП) — наиболее распространена в угольных шахтах.
• Бетонная и железобетонная крепь — в капитальных выработках с длительным сроком службы (десятки лет).
• Анкерная крепь — в сочетании с набрызг-бетоном (торкретированием) в устойчивых породах.
• Тюбинговая крепь — в сложных гидрогеологических условиях (плывуны, водоносные горизонты).

Технология проходки

Проходка квершлага — сложный и трудоёмкий процесс, включающий несколько последовательных операций:

1. Бурение шпуров (при буровзрывном способе) или разрушение породы резцами комбайна.
2. Заряжание и взрывание (при БВР) — строго по графику, с соблюдением мер безопасности.
3. Проветривание забоя — удаление взрывных газов и пыли с помощью вентиляторов местного проветривания и вентиляционных труб.
4. Уборка породы — погрузка породы погрузочными машинами (ПНБ, 1ППН) в вагонетки или на конвейер.
5. Возведение крепи — установка крепёжных рам, анкеров, набрызг-бетона.
6. Настилка рельсового пути (для рельсового транспорта) или монтаж конвейерной линии.
7. Прокладка инженерных коммуникаций — вентиляционных труб, кабелей, трубопроводов сжатого воздуха и воды.

Применение в горной промышленности

Квершлаги являются неотъемлемой частью практически любой подземной шахты или рудника. Их основное значение — обеспечение доступа к полезному ископаемому и создание инфраструктуры для его добычи.

• Вскрытие шахтных полей. Квершлаг позволяет вскрыть несколько пластов или рудных тел, залегающих на разных глубинах, с минимальным количеством стволов.
• Транспортная артерия. По квершлагам осуществляется основная откатка угля, руды и породы от забоев к стволу шахты.
• Вентиляция. Квершлаги часто являются частью вентиляционной сети, обеспечивая подачу свежего воздуха в удалённые части шахты.
• Водоотлив. В квершлагах прокладываются водоотливные канавы и трубопроводы, а также устанавливаются водосборники.

Примеры крупных квершлагов

• Квершлаг «Северный» на шахте «Распадская» (Россия, Кемеровская область) — один из самых протяжённых в угольной промышленности России, его длина превышает 7 км.
• Квершлаги на руднике «Мир» (Россия, Якутия) — после перехода на подземную добычу алмазов были пройдены уникальные квершлаги для вскрытия кимберлитовой трубки на глубине более 1000 метров.
• Квершлаги на золоторудных месторождениях (например, «Сухой Лог» в Иркутской области) — проектируются для вскрытия крупных запасов руды на больших глубинах.

Критика и проблемы

Применение квершлагов связано с рядом проблем и рисков:

• Высокая стоимость и трудоёмкость. Проходка квершлагов — одна из самых затратных статей в строительстве и эксплуатации шахты. Особенно это касается выработок большой длины и в сложных горно-геологических условиях.
• Горное давление. В глубоких шахтах (свыше 800–1000 м) горное давление может приводить к деформации и разрушению крепи, вывалам породы, что требует постоянного ремонта и перекрепления.
• Газодинамические явления. В угольных шахтах при проходке квершлагов по породам, содержащим газ (метан), возможны внезапные выбросы угля и газа.
• Водопритоки. Вскрытие водоносных горизонтов может привести к мощным водопритокам, требующим дорогостоящего водоотлива и специальных методов проходки (тампонаж, замораживание).
• Аварийность. Квершлаги, как и другие горные выработки, являются зонами повышенной опасности. Возможны обрушения, загазирования, пожары.

Интересные факты

• В некоторых регионах (например, в Донбассе) квершлаги, пройденные в XIX веке, до сих пор используются для вентиляции и водоотлива.
• Самый длинный в мире квершлаг пройден на золотом руднике «Тау-Тона» (ЮАР) — его протяжённость составляет около 12 км, а глубина заложения превышает 3 км.
• В горной терминологии существует понятие «квершлаг-штрек» — выработка, которая начинается как квершлаг, а затем переходит в штрек по простиранию пласта.

Источники

• Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). — М., 2003.
• Справочник по горному делу / под ред. В. А. Боярского. — М.: Недра, 1989.
• Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых / А. Г. Шестаков, В. И. Коваленко. — М.: Недра, 1992.