Наклонная выработка

Наклонная выработка — это горная выработка, пройденная под углом к горизонту и не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность. В отличие от вертикальных стволов и горизонтальных штреков, наклонные выработки соединяют различные горизонты (этажи, панели) шахты или рудника, обеспечивая транспортные, вентиляционные, водоотливные и вспомогательные функции. Угол наклона таких выработок обычно составляет от 5° до 90° (при угле более 45° выработка классифицируется как гезенк или восстающий), но в практике горного дела наиболее распространены углы от 10° до 30°.

Классификация наклонных выработок

Наклонные выработки классифицируются по нескольким признакам: назначению, углу наклона, способу проведения и положению относительно пласта полезного ископаемого.

По назначению

• Транспортные — предназначены для перемещения горной массы, материалов и людей. Оборудуются конвейерами, рельсовыми путями с лебёдками или монорельсовыми дорогами.
• Вентиляционные — служат для подачи свежего воздуха к забоям и удаления отработанного. Могут быть оборудованы вентиляторами местного проветривания.
• Водоотливные — используются для отвода подземных вод из нижних горизонтов на вышележащие уровни или на поверхность. Часто оснащаются насосными станциями.
• Вспомогательные — для прокладки кабелей, трубопроводов, закладочных материалов, а также для аварийного выхода людей.

По углу наклона

• Пологие — угол наклона менее 18°. Допускают применение самоходного оборудования (погрузчики, самосвалы) и конвейеров с обычными лентами.
• Наклонные — угол от 18° до 45°. Требуют специальных транспортных средств (скреперные лебёдки, наклонные конвейеры с рифлёными лентами, рельсовые пути с тормозными устройствами).
• Крутонаклонные — угол от 45° до 75°. Для перемещения грузов используются скиповые подъёмники, грузовые канатные дороги или гидротранспорт.
• Вертикальные — угол более 75° (фактически — стволы, гезенки, восстающие).

По положению относительно пласта

• По пласту — выработка следует по падению или восстанию пласта полезного ископаемого. Обеспечивает непосредственный доступ к забою и часто используется при разработке крутопадающих месторождений.
• Секущие (квершлаги) — пересекают вмещающие породы под углом к напластованию, соединяя разные пласты или горизонты.

Устройство и основные элементы

Наклонная выработка имеет те же конструктивные элементы, что и горизонтальная, но с учётом угла наклона:

• Поперечное сечение — обычно трапециевидное, сводчатое или прямоугольное. Форма выбирается в зависимости от горно-геологических условий (устойчивость пород, горное давление) и способа крепления.
• Крепь — конструкция, удерживающая породы от обрушения. Применяются:
• Арочная крепь (металлическая из спецпрофиля СВП) — для выработок с большим горным давлением.
• Анкерная крепь — в устойчивых породах, часто в сочетании с набрызг-бетоном.
• Бетонная и железобетонная — для капитальных выработок с длительным сроком службы.
• Деревянная — для временных или вспомогательных выработок в малоопасных условиях.
• Рельсовый путь — при использовании рельсового транспорта укладывается с уклоном, соответствующим углу наклона выработки. Для безопасности применяются тормозные вагонетки, стопоры и сигнализация.
• Конвейерная линия — для пологих выработок используются ленточные конвейеры с обычной лентой; для крутонаклонных — с рифлёной, желобчатой или цепной лентой.
• Вентиляционный став — трубопровод для подачи воздуха, прокладываемый вдоль выработки.
• Водоотливная канавка — желоб для сбора и отвода воды, обычно располагается с одной стороны выработки.

Проведение наклонных выработок

Процесс проведения (проходки) наклонной выработки включает несколько этапов:

1. Буровзрывные работы — в скальных породах. Бурятся шпуры (скважины) по заданной схеме, заряжаются взрывчатым веществом и взрываются. Особенность — необходимость учитывать угол наклона для эффективного разрушения породы и предотвращения её разлёта.
2. Погрузка породы — осуществляется погрузочными машинами (например, ПНБ-3Д, 1ППН-5) или скреперными установками. В крутонаклонных выработках порода может самотеком скатываться вниз.
3. Крепление — установка крепи производится с отставанием от забоя на расстояние, регламентированное паспортом крепления (обычно 1-3 метра).
4. Вспомогательные операции — настилка рельсового пути, монтаж конвейера, прокладка вентиляционных труб, кабелей, водоотливных устройств.
5. Проветривание — осуществляется вентиляторами местного проветривания через вентиляционные трубы, прокладываемые до забоя.

Скорость проведения наклонных выработок зависит от крепости пород, сечения, способа проходки и уровня механизации. В среднем она составляет 30–80 метров в месяц при буровзрывном способе и до 150–200 метров при комбайновой проходке (для пологих выработок).

Применение в горном деле

Наклонные выработки широко используются при подземной разработке месторождений полезных ископаемых (уголь, руды, калийные соли, строительные материалы).

• Вскрытие месторождений — наклонные стволы (уклоны, бремсберги) соединяют поверхность с горизонтами шахты, заменяя вертикальные стволы в условиях, где это экономически выгодно (например, при разработке пологих пластов на небольшой глубине).
• Подготовка горизонтов — наклонные выработки (скаты, съезды) связывают между собой этажные штреки, обеспечивая транспорт руды и породы.
• Очистные работы — в системах разработки с магазинированием руды, камерно-столбовой, слоевой обрушения наклонные выработки используются для доставки руды, вентиляции и закладки выработанного пространства.
• Вентиляция — наклонные вентиляционные сбойки создают аэродинамическую связь между горизонтами, обеспечивая проветривание тупиковых забоев.
• Водоотлив — наклонные водосборные выработки собирают воду из вышележащих горизонтов и направляют её в центральный водосборник.

Особенности эксплуатации и безопасности

Эксплуатация наклонных выработок сопряжена с рядом опасностей:

• Скатывание вагонеток и самоходного оборудования — требует установки предохранительных устройств (стопоров, тормозных башмаков, улавливателей) и строгого соблюдения правил транспортировки.
• Обрушение породы — из-за повышенного горного давления в зонах пересечения выработок и на сопряжениях. Необходимо усиление крепи в этих местах.
• Загазованность — в наклонных выработках может скапливаться метан (в угольных шахтах) или углекислый газ (в рудниках). Требуется непрерывный контроль газового состава и эффективное проветривание.
• Водопритоки — при пересечении водоносных горизонтов возможны внезапные прорывы воды. Необходимо бурение опережающих скважин и устройство водоотливных канавок.
• Пожары — особенно опасны в наклонных выработках, оборудованных ленточными конвейерами (возгорание ленты). Требуется установка систем автоматического пожаротушения и дымовой сигнализации.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Экономия средств — наклонные стволы часто дешевле вертикальных при вскрытии пологих месторождений, так как не требуют дорогостоящих проходческих комплексов и более просты в креплении.
• Универсальность — могут использоваться для транспорта, вентиляции, водоотлива и как запасные выходы.
• Меньшая длина — по сравнению с горизонтальными выработками, наклонные позволяют сократить расстояние между горизонтами.
• Возможность самотека — в крутонаклонных выработках руда и порода могут перемещаться под действием силы тяжести, что снижает энергозатраты.

Недостатки

• Сложность транспортировки — требует специального оборудования (лебёдки, тормозные вагонетки, крутонаклонные конвейеры) и повышенных мер безопасности.
• Ограниченная скорость проходки — особенно в крутонаклонных выработках, где затруднена работа проходческих комбайнов и самоходного оборудования.
• Повышенный износ оборудования — из-за абразивного воздействия породы при транспортировке по наклонной.
• Опасность аварий — скатывание вагонеток, оползни породы, загазованность.

Примеры наклонных выработок

• Уклон — наклонная выработка, пройденная по падению пласта (сверху вниз). Используется для спуска грузов и людей.
• Бремсберг — наклонная выработка, пройденная по восстанию пласта (снизу вверх). Оборудуется лебёдкой для подъёма грузов.
• Скат — крутонаклонная выработка (угол 45–75°), предназначенная для спуска руды самотеком.
• Гезенк — вертикальная или крутонаклонная выработка, не имеющая выхода на поверхность, служащая для вентиляции, спуска материалов или как запасной выход.
• Восстающий — наклонная выработка, пройденная снизу вверх, часто используется для вентиляции и доставки материалов.

Источники

• Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991. — Т. 1–5.
• Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). — М.: Госгортехнадзор России, 2003.
• Справочник по горному делу / Под ред. В.В. Ржевского. — М.: Недра, 1985.
• Технология горных работ / А.С. Бурчаков, В.М. Ершов, В.И. Морозов. — М.: Недра, 1991.
• ГОСТ Р 57719-2017 «Выработки горные. Термины и определения». — М.: Стандартинформ, 2017.