Способ разработки мощных крутых и крутонаклонных угольных пластов

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам разработки мощного крутого угольного пласта. Способ разработки мощного крутого угольного пласта включает подготовку выемочного столба проведением подготовительных выработок и монтажной камеры, монтаж очистного оборудования, деление пласта по мощности на два наклонных слоя, одновременную механизированную выемку верхнего и нижнего слоев с опережающим подвиганием забоя верхнего слоя и транспорт отбитого угля вдоль забоя. Монтажную камеру проводят с наклоном к линии простирания в сторону последующей отработки столба. В каждую скважину вставляют одним концом опорную балку, другой конец которой связывают с гидравлической стойкой и гидравлическим домкратом передвижки. В каждой опорной балке устанавливают буровой инструмент и гидравлический домкрат его подачи, соседние опорные балки попарно связывают жестким ограждением, образуя тем самым секцию крепи. При выемке полосы угля в верхнем слое осуществляют поддержание обнажаемой кровли выдвижными козырьками крепи, самотечный транспорт отбитого угля вдоль забоя и проветривание слоя с использованием воздушной струи из нижнего слоя. В результате изобретения повышается эффективность разработки мощных крутых и крутонаклонных угольных пластов за счет организации самотечного транспорта угля вдоль забоя, повышения нагрузки на забой и снижения частоты проведения монтажно-демонтажных работ. 4 ил.

Предполагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к способам разработки крутопадающих и крутонаклонных угольных пластов по системе разработки длинными столбами по простиранию.

Известен способ разработки крутого угольного пласта длинными столбами по простиранию с полной механизацией добычи угля при помощи агрегатов типа АК-3 [1] . Недостатками способа являются: повышенная металлоемкость добычи, повышенные трудовые и материальные затраты для удержания оборудования от сползания по линии падения пласта и низкая их эффективность, повышенная чувствительность к изменениям длины очистного забоя, вызванным непараллельностью подготовительных выработок.

В качестве прототипа выбран способ разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов, включающий подготовку выемочного столба проведением подготовительных выработок и монтажной камеры, монтаж очистного оборудования, деление пласта по мощности на два наклонных слоя, одновременную механизированную выемку верхнего и нижнего слоев с опережающим подвиганием забоя верхнего слоя и транспорт отбитого угля вдоль забоя [2]. Недостатки прототипа: - необходимость затрат материальных и трудовых ресурсов при организации транспорта отбитого угля вдоль очистного забоя; - необходимость частого производства монтажно-демонтажных работ, обусловленная ограниченной длиной очистного забоя в соответствии с применяемой системой разработки; - ограниченная нагрузка на очистной забой по условиям проветривания, обусловленная ограниченной величиной площади сечения подготовительных выработок.

Эти недостатки резко снижают эффективность разработки мощных крутых угольных пластов и ограничивают возможную область применения данного способа.

Целью изобретения является повышение эффективности разработки мощных крутых и крутонаклонных угольных пластов за счет организации самотечного транспорта угля вдоль забоя, повышения нагрузки на забой и снижения частоты проведения монтажно-демонтажных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов, включающем подготовку выемочного столба проведением подготовительных выработок и монтажной камеры, монтаж очистного оборудования, деление пласта по мощности на два наклонных слоя, одновременную механизированную выемку верхнего и нижнего слоев с опережающим подвиганием забоя верхнего слоя и транспорт отбитого угля вдоль забоя, монтажную камеру проводят с наклоном к линии простирания в сторону последующей отработки столба, деление пласта на слои осуществляют бурением ряда неглубоких скважин на заданном уровне от почвы пласта, в каждую скважину вставляют одним концом опорную балку, другой конец которой связывают с гидравлической стойкой и гидравлическим домкратом передвижки, в каждой опорной балке устанавливают буровой инструмент и гидравлический домкрат его подачи, соседние опорные балки попарно связывают жестким ограждением, образуя тем самым секцию крепи, при выемке полосы угля в верхнем слое осуществляют поддержание обнажаемой кровли выдвижными козырьками крепи, самотечный транспорт отбитого угля вдоль забоя и проветривание слоя с использованием воздушной струи из нижнего слоя, при последующей выемке полосы угля в нижнем слое по мере подвигания забоя полосы осуществляют углубление скважин бурением, удаление буровой мелочи из скважин, передвижку секций крепи, самотечный транспорт отбитого угля вдоль забоя и проветривание слоя с использованием воздушной струи из верхнего слоя, а также сокращение длины козырьков крепи верхнего слоя, причем для бурения скважин, передвижки секций крепи и изменения длины козырьков используют энергетические системы выемочных машин.

На фиг. 1 показана схема подготовки выемочного столба; на фиг.2 - поперечное сечение очистного забоя мощного пласта; на фиг. 3 - поперечное сечение выемочного столба (вид на забой со стороны отработанного пространства); на фиг. 4 - очистной забой (вид в плане).

Способ может быть реализован следующим образом. Выемочный столб подготавливают проведением у почвы пласта конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков, сечением, обеспечивающим подачу к очистному забою требуемого количества воздуха с допустимой Правилами безопасности скоростью. По дальней границе столба эти выработки сбивают монтажной камерой 3, пройденной под углом 75-80^o к линии простирания пласта с наклоном в сторону предполагаемой отработки столба. При этом площадь сечения монтажной камеры может быть несколько меньше площади сечения конвейерного штрека. Из монтажной камеры 3 в толщу пласта на заданном уровне, например по средней линии мощности пласта, бурят ряд неглубоких скважин 4 в сторону предполагаемой отработки столба, деля таким образом толщу пласта на два слоя - верхний и нижний. В каждую скважину вводят опорную балку 5, снабженную буровым снарядом 6. Завальный конец балки 5 жестко связывают с гидравлической стойкой 7, которую, в свою очередь, посредством ограждения 8 и рамы 9 жестко связывают с соседней гидравлической стойкой попарно в секции. Соединенные попарно гидравлические стойки 7 снабжены одним перекрытием 10 с выдвижным козырьком 11. Секции связывают между собой последовательно гидродомкратами передвижки 12. Пространство между опорными балками 5 перекрывают передвижными щитами 13. В конвейерном штреке 1 монтируют телескопический ленточный конвейер 14 и погрузочную машину 15. В вентиляционном штреке 2 устанавливают две двухбарабанные лебедки 16 и 17, например, типа ЛГКН и отклоняющие ролики. В верхнем и нижнем слоях для отделения угля от массива используют очистные комбайны, подвешенные на тяговом и предохранительном канатах указанных лебедок (предпочтительнее использовать очистные комбайны с широко разнесенными шнековыми исполнительными органами).

В исходном состоянии забой верхнего слоя немного опережает забой нижнего слоя, например, на две-три полосы, а рабочее пространство верхнего слоя сообщается с рабочим пространством нижнего слоя, т.е. щиты 13 собраны попарно.

Выемку угля начинают при движении очистного комбайна снизу вверх в верхнем слое. При этом специальным шибером на сопряжении лавы с конвейерным штреком частично перекрывают сечение рабочего пространства верхнего слоя, направляя тем самым большую часть воздуха в рабочее пространство нижнего слоя. Этим обеспечивается требуемая Правилами безопасности скорость движения воздуха в рабочем пространстве вынимаемого слоя и завышенная скорость движения воздуха в пространстве, где в настоящее время выемочные работы не ведутся. Машинист комбайна устанавливает задний шнек на уровень почвы слоя по нормали несколько выше уровня установки опорных балок 5, а передним шнеком осуществляет отбойку угля по уровню кровли пласта. Отбитый уголь самотеком поступает на конвейерный штрек, где погрузочной машиной 15 грузится на ленту конвейера 14. По мере продвижения комбайна в верхнем слое вслед за ним осуществляют выдвижение козырька 11 перекрытия данной секции, подхватывая тем самым обнаженную кровлю пласта, и передвигают щиты 13, перекрывая тем самым межбалочное пространство и разделяя рабочие пространства верхнего и нижнего слоев по воздуху.

После окончания выемки полосы угля в верхнем слое на сопряжении лавы с вентиляционным штреком проводят работы по зарубке комбайна верхнего слоя, а работы по выемке угля переводят в нижний слой. Для этого тем же шибером ограничивают поступление избыточного воздуха в рабочее пространство нижнего слоя, направляя его в верхний слой. Комбайн нижнего слоя, двигаясь снизу вверх, осуществляет отбойку угля в нижнем слое. При этом машинист комбайна следит за зачисткой почвы пласта и не допускает приближения шнека к опорным балкам 5. Отбитый уголь самотеком поступает на конвейерный штрек. По мере подвигания комбайна вдоль лавы машинист крепи подключает энергосистему комбайна к очередной секции крепи и осуществляет углубление скважин 4 буровыми снарядами 6, снятие распора с гидростоек 7, сокращение козырька 11 крепи данной секции и передвижку ее вместе с опорными балками за счет усилий, развиваемых домкратами передвижки 12. По выходе нижнего комбайна на вентиляционный штрек добуривают скважины последних секций крепи и заканчивают передвижку секций крепи. После этого включается в работу по выемке угля комбайн верхнего слоя, а в нижнем слое осуществляют зарубку комбайна в новую полосу.

Перед началом выемки угля в верхнем слое шибером опять ограничивают подачу избыточного воздуха в рабочее пространство верхнего слоя, направляя его в нижний слой. При выемке угля комбайном в верхнем слое по мере его продвижения сверху вниз осуществляют выдвижение козырьков секций крепи и передвигают межбалочные щиты, открывая тем самым доступ избыточного воздуха в рабочее пространство верхнего слоя для обеспечения допустимой концентрации метана в исходящей струе.

Особенность данного способа заключается в том, что при выемке угля в верхнем слое может быть обеспечена высокая нагрузка на забой, так как выдвижение козырьков крепи и передвижка межбалочных щитов могут быть выполнены за счет движения комбайна, например, при помощи рычагов, а допустимая концентрация метана на выходе из лавы может быть обеспечена разбавлением исходящей струи свежим воздухом из смежного слоя. При этом в зоне работы комбайна, где предполагается присутствие людей, обеспечивается допустимая Правилами безопасности скорость воздушной струи.

Таким образом, за счет использования самотечного транспорта достигается снижение затрат на транспорт отбитого угля вдоль забоя; за счет организации поочередной выемки полос угля в верхнем и нижнем смежных слоях и использования призабойного пространства одного слоя для вентиляции при выемке угля в другом слое обеспечивается высокая нагрузка на забой по условиям проветривания; за счет подвигания забоя по линии простирания пласта обеспечивается увеличение длины очистного забоя и выемочного столба, исходя из горно-геологических условий; а за счет регулирования количества подаваемого воздуха то в верхний, то в нижний слои достигается уменьшение суммарного поперечного сечения слоев, что ведет, в свою очередь, к снижению металлоемкости крепления рабочего пространства и добычи в целом. Все это, по нашему мнению, повышает эффективность разработки мощных крутых и крутонаклонных угольных пластов, причем при использовании техники отечественного производства.

Источники информации 1. Жигалов М.Л. Технология, механизация и организация подземных горных работ/ М.Л.Жигалов, С.А.Ярунин// Учеб. для вузов. - 1990. - с.291, рис.3.16.

2. Патент РФ 2069267; 6 Е 21 С 41/18 (прототип).

Формула изобретения

Способ разработки мощного крутого угольного пласта, включающий подготовку выемочного столба проведением подготовительных выработок и монтажной камеры, монтаж очистного оборудования, деление пласта по мощности на два наклонных слоя, одновременную механизированную выемку верхнего и нижнего слоев с опережающим подвиганием забоя верхнего слоя и транспорт отбитого угля вдоль забоя, отличающийся тем, что монтажную камеру проводят с наклоном к линии простирания в сторону последующей отработки столба, деление пласта на слои осуществляют бурением ряда неглубоких скважин на заданном уровне от почвы пласта, в каждую скважину вставляют одним концом опорную балку, другой конец которой связывают с гидравлической стойкой и гидравлическим домкратом передвижки, в каждой опорной балке устанавливают буровой инструмент и гидравлический домкрат его подачи, соседние опорные балки попарно связывают жестким ограждением, образуя тем самым секцию крепи, при выемке полосы угля в верхнем слое осуществляют поддержание обнажаемой кровли выдвижными козырьками крепи, самотечный транспорт отбитого угля вдоль забоя и проветривание слоя с использованием воздушной струи из нижнего слоя, при последующей выемке полосы угля в нижнем слое по мере подвигания забоя полосы осуществляют углубление скважин бурением, удаление буровой мелочи из скважин, передвижку секций крепи, самотечный транспорт отбитого угля вдоль забоя и проветривание слоя с использованием воздушной струи из верхнего слоя, а также сокращение длины козырьков крепи верхнего слоя, причем для бурения скважин, передвижки секций крепи и изменения длины козырьков используют энергетические системы выемочных машин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4