Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта



Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта
Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта
Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта
Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта

 


Владельцы патента RU 2470157:

Учреждение Российской академии наук Институт угля Сибирского отделения РАН (ИУ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к горному делу, к механизированной разработке мощных крутонаклонных угольных пластов. Способ включает подготовку выемочного столба штреков, подготовку выемочной полосы проведением углеспускных и вентиляционных выработок от конвейерного до вентиляционного штрека, выемку монтажной камеры на сопряжении выемочной полосы с вентиляционным штреком с разделением пласта по мощности на два наклонных слоя. В монтажной камере на почве каждого слоя монтируют секции крепи, а на почве слоя у кровли пласта - гибкое перекрытие в виде сетки, покрывающее межслоевую пачку и секцию крепи, установленную на почве пласта. Выемку угля осуществляют в наклонных слоях у кровли и почвы пласта проходческим комбайном слабонаклонными слоями с транспортом отбитого угля на фланговый скат при уклоне слоя в сторону ближнего ската и на ближний скат при уклоне слоя в сторону флангового ската. При этом разворот комбайна осуществляют в камере, проводимой за пределами выемочной полосы. Угольные целики разрушают исполнительными органами секций агрегатированной крепи, выпуск отбитого угля приштрекового целика производят на конвейерный штрек по скважинам или скребками, а межслоевую пачку делят на порции по мере подвигания очистного забоя слоя у кровли пласта, разрушают давлением обрушенных пород за перекрытием, выпускают в рабочее пространство слоя у почвы пласта. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность разработки. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к механизированной разработке мощных крутонаклонных угольных пластов в наклонных слоях по щитовой системе разработки.

Известен способ механизированной разработки крутонаклонных мощных угольных пластов с разделением пласта по мощности на два наклонных слоя, возведением секций жесткого перекрытия на почве слоя у кровли пласта, включающий отбойку угля и транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя в слоях выше и ниже перекрытия [1]. Недостатками данного способа являются повышенная металлоемкость и громоздкость очистного оборудования, обусловливающие повышенные трудовые и временные затраты на ведение монтажно-демонтажных работ.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу, принятым в качестве прототипа, является способ разработки мощного крутонаклонного угольного пласта наклонными слоями, включающий подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением углеспускных и вентиляционных выработок от конвейерного до вентиляционного штрека у почвы пласта и слоя у кровли пласта, выемку монтажной камеры на сопряжении выемочной полосы с вентиляционным штреком с разделением пласта по мощности на два наклонных слоя с оставлением межслоевой пачки, монтаж в рабочем пространстве каждого слоя очистного оборудования и на почве слоя у кровли пласта межслоевого гибкого перекрытия, покрывающего межслоевую пачку, очистное оборудование слоя у почвы пласта и прилегающее внахлест к почве пласта, выемку угля в каждом слое, транспорт отбитого угля вдоль линии очистного забоя в каждом слое и разрушение межслоевой пачки угля под гибким перекрытием [2].

Недостатки прототипа связаны, в основном, с использованием в качестве очистного оборудования конвейероструга, требующего строгого соблюдения прямолинейности линии очистного забоя, обладающего низкими производительностью и надежностью, имеющего фиксированную длину, а также допускающего повышенную запыленность воздуха по всей длине рабочего пространства слоя. Кроме того, выпуск угля межслоевой пачки в рабочее пространство слоя у почвы пласта осуществляется перед секцией крепи и до ее передвижки, результатом которого может стать провисание гибкого перекрытия перед секцией крепи, что ведет к возникновению аварийной ситуации; в рабочем пространстве очистного забоя отсутствует безопасное и комфортное место размещения обслуживающего персонала.

Перечисленные недостатки снижают эффективность и безопасность ведения очистных работ при разработке мощного крутонаклонного угольного пласта наклонными слоями.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности разработки мощных крутонаклонных угольных пластов за счет использования мобильных средств механизации ведения очистных работ и создания условий их эффективного применения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта, включающем подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением углеспускных и вентиляционных выработок от конвейерного до вентиляционного штрека у почвы пласта и слоя у кровли пласта, выемку монтажной камеры на сопряжении выемочной полосы с вентиляционным штреком с разделением пласта по мощности на два наклонных слоя с оставлением межслоевой пачки, монтаж в рабочем пространстве каждого слоя очистного оборудования и на почве слоя у кровли пласта межслоевого гибкого перекрытия, покрывающего межслоевую пачку, очистное оборудование слоя у почвы пласта и прилегающее внахлест к почве пласта, выемку угля в каждом слое, транспорт отбитого угля вдоль линии очистного забоя в каждом слое, разрушение межслоевой пачки угля под гибким перекрытием и выпуск угля межслоевой пачки в рабочее пространство слоя у почвы пласта, в качестве гибкого перекрытия используют полимерную сетку; в качестве очистного оборудования используют секции агрегатированной крепи, снабженные режущим исполнительным органом избирательного действия и скребком, комбайн фронтального действия с исполнительным органом, выполненным в виде горизонтально ориентированного барабана с зубками, и самоходный вагон; выемку угля осуществляют в наклонных слоях у кровли и почвы пласта комбайном слабонаклонными слоями с транспортом отбитого угля на фланговый скат при уклоне слоя в сторону ближнего ската и на ближний скат при уклоне слоя в сторону флангового ската; выемку остающихся целиков угля осуществляют исполнительными органами агрегатированных крепей, межслоевой пачки - давлением обрушенных пород за гибким перекрытием; уклон слою в сторону ближнего или флангового ската придают комбайном, разворот которого осуществляют в камере за пределами выемочной полосы; выпуск отбитого угля приштрекового целика производят на конвейерный штрек по скважинам, а межслоевую пачку делят на порции по мере подвигания очистного забоя слоя у кровли пласта, разрушают давлением обрушенных пород за гибким перекрытием и выпускают в рабочее пространство слоя у почвы пласта через козырьки агрегатированных секций крепи, установленных в слое у почвы пласта.

Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана схема подготовки и отработки выемочного столба полосами по падению; на фиг.2 - схема размещения оборудования в очистном забое (поперечный разрез); на фиг.3 - схема сооружения камеры разворота за пределами выемочной полосы (вид в плане); на фиг.4 - схема отработки выемочной полосы на заключительном этапе.

Способ может быть реализован следующим образом. Выемочный столб подготавливают проведением конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков. Угольный пласт по мощности делят на два наклонных слоя, один из которых примыкает к почве пласта, другой - к его кровле, оставляя между ними межслоевую пачку. При этом мощность наклонных слоев принимают в зависимости от технических характеристик применяемых средств механизации, например секций крепи, а мощность межслоевой пачки - в зависимости от физико-механических свойств угля. Выемочную полосу оконтуривают проведением у дальней границы столба (на фланге) углеспускных скатов 3 - у почвы пласта и 4 - у почвы слоя, примыкающего к кровле пласта, и у ближней границы - углеспускных скатов 5 и 6 аналогичным образом. У вентиляционного штрека 2 в пространстве между скатами 3 (4) и 5 (6) сооружают монтажную камеру 7, в которой монтируют секции щитовой агрегатированной крепи 8 [3].

Секция агрегатированной крепи 8 содержит основание 9, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением 10; ось 11; поворотное ограждение 12. Во внутренней полости поворотного ограждения 12 секции, установленной в рабочем пространстве слоя у почвы пласта, размещен выдвижной козырек 13, выполненный в виде решетки. Во внутренней полости поворотного ограждения 12 секции, установленной в рабочем пространстве слоя у кровли пласта, выполнен щелевидный канал 14, сопряженный с завальной стороны с аналогичным каналом 15, выполненным в ограждении 10, а со стороны забоя - с лотком 16, сформированным загнутым металлическим листом перекрытия поворотного ограждения 12 и боковыми ограждениями 17 секции крепи. В пространстве между укосинами 18 с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости установлена телескопическая каретка 19, на которой также с возможностью углового перемещения установлен режущий исполнительный орган 20, выполненный в виде телескопической стрелы со сферической режущей головкой, снабженной резцами. К боковым сторонам основания прикреплены гидравлические домкраты передвижки 21, обладающие двойной раздвижностью, а во внутреннем пространстве основания размещен гидравлический привод эмалированного скребка 22, который установлен перед основанием с возможностью поворота в плоскости своего поперечного сечения. В основании 9 с завальной стороны в пространстве между лестницей 23 и неподвижным ограждением 10 установлен электропривод стопорного бура 24, ориентированного по нормали к основанию в сторону почвы.

Секции крепи в каждом слое устанавливают бок о бок в линию и связывают домкратами передвижки 21. В лоток 16 укладывают рулон сетки 25, которую, разматывая, пропускают через щелевидные каналы 14 и 15. Затем сеткой накрывают межслоевую пачку 26, решетчатый козырек 13 и всю секцию крепи в слое у почвы пласта с нахлестом на почву. Пространство над сеткой заполняют закладочными породами, образуя подушку, защищающую секции крепи от динамических воздействий обрушенных пород кровли.

В рабочем пространстве очистного забоя каждого из слоев оформляют почву горизонтального слоя и монтируют очистной комбайн 27 фронтального действия с режущим исполнительным органом, выполненным в виде горизонтально ориентированного барабана, например типа JOY 17CM, и самоходный вагон 28, например В15К.

Проветривание очистного забоя в каждом слое осуществляют за счет общешахтной депрессии по возвратноточной схеме: штрек 1, скат 3, пространство очистного забоя слоя у почвы пласта, скат 5, вентиляционный штрек 2; штрек 1, скат 4, очистной забой слоя у кровли пласта, скат 6, вентиляционный штрек 2.

В исходном положении секции 8 установлены в линию, выдвижные козырьки 13 выдвинуты до соприкосновения с межслоевой пачкой (в слое у почвы пласта), а в слое у кровли пласта секции лотками 16 касаются кровли пласта. Выемка угля в наклонных слоях осуществляется слабонаклоненными слоями, начиная с ближней границы выемочной полосы. При этом машинисты комбайна и самоходного вагона должны всегда располагаться со стороны секций крепи. Очистной комбайн 27, не доходя до ближней границы выемочной полосы, начинает зарубаться в почву горизонтального слоя и грузить отбитый уголь в самоходный вагон 28. При этом комбайн придает почве вынимаемого слоя I уклон под углом β в сторону ближнего углеспускного ската 5 (6), но не более допустимого для применяемых средств механизации - комбайна и самоходного вагона. Самоходный вагон 28, в свою очередь, транспортирует уголь до флангового углеспускного ската 3 (4). При этом расстояние L, с которого комбайн 27 начинают зарубать в почву монтажной камеры, принимают mc·ctgβ, где mc - мощность вынимаемого слоя, принимаемая в зависимости от шага передвижки секций крепи и из условия недопущения прорыва обрушенных пород в рабочее пространство. После отхода груженого вагона 28 от комбайна 27, последний задним ходом возвращают к началу зарубки в почву горизонтального слоя; исполнительными органами 20 секций агрегатированной крепи 8, установленных в зоне вынутого слабонаклоненного слоя, осуществляют оконтуривание образовавшейся очистной выработки - подрубают угловой целик 29 у почвы слоя и целик 30 у межслоевой пачки и кровли пласта. Отбитый уголь при этом просыпается на почву слоя, с которой комбайн 27 грузит его в подошедший разгруженный самоходный вагон 28. После зачистки почвы слабонаклоненного слоя комбайн 27 и самоходный вагон 28 опять возвращают на почву горизонтального слоя, а в рабочем пространстве слабонаклоненного слоя I передвигают секции крепи 8.

В слое у почвы пласта передвижка секций крепи 8 осуществляется под межслоевую пачку угля 26, которая, испытывая давление разрушенных пород за гибким перекрытием - сеткой 25, обламывается порциями примерно по линии, образованной стопорными бурами 24 секций, установленных в слое у кровли пласта. Отломившаяся порция пачки падает на решетчатый козырек 13 секции крепи, раздавливается и просыпается в рабочее пространство слоя у почвы пласта, где ее комбайном 27 грузят в самоходный вагон и транспортируют к углеспускному скату.

После передвижки секций крепи в первом слабонаклоненном слое (I) аналогичным образом вынимают уголь во втором слабонаклоненном слое (II), который будет длиннее первого на величину L=mc·ctgβ, затем в третьем (III), четвертом (IV) и так далее. Когда в горизонтальном слое монтажной камеры останется ограниченное пространство, в котором смогут разместиться только комбайн 27 и самоходный вагон 28, комбайн 27 производит зачистку почвы текущего слабонаклоненного слоя до ближнего углеспускного ската 5 (6) и далее осуществляет выемку и оформление камеры разворота 31 за пределами выемочной полосы. Для этого крепление устья углеспускного ската 6 усиливают дополнительными рамами. После этого комбайн 27 в слое у кровли пласта вынимает уголь на высоту чуть больше высоты своего корпуса, смещаясь до кровли пласта, выходит за пределы выемочной полосы над ближним углеспускным скатом 6 и, совершая возвратно-поступательные движения веером, прорубает в угольном массиве горизонтальную Т-образную камеру 31. Обнажения угольного массива в Т-образной камере крепят рамной крепью 32, при возведении которой предусматривают возможность движения по камере комбайна и самоходного вагона по определенной траектории.

После сооружения камеры разворота 31 комбайн 27 и самоходный вагон 28 разворачивают в ней и меняют местами. Затем комбайн 27 и вагон 28 холостым ходом перегоняют по почве отработанного слабонаклоненного слоя, который с этого момента будет являться транспортным, к фланговому скату 4, где начинают выемку следующего слоя, наклоняя его в сторону флангового ската 4, т.е. в противоположную сторону. При этом транспорт отбитого угля осуществляют самоходным вагоном 28 по почве транспортного слоя к ближнему углеспускному скату 6.

Во время формирования камеры разворота 31 очистные работы в слое у почвы пласта подходят на уровень камеры разворота 31. Комбайн в слое у почвы пласта, смещаясь в сторону почвы, подрубает уголь и породы почвы, создавая тем самым площадку 33, на которой укладывают металлические трапы 34, спускаемые по скату 5 с вентиляционного штрека; ниже трапов 34 крепление углеспускного ската 5 усиливают дополнительными рамами. Комбайн в слое у почвы пласта, двигаясь по трапам 34, выходит за пределы выемочной полосы и прорубает в угольном массиве орт 35, соединяющий пространство слоя у почвы пласта с камерой разворота 31. По выходе комбайна из слоя у почвы пласта в камеру разворота 31 его там разворачивают, меняют местами с самоходным вагоном и холостым ходом возвращают в рабочее пространство слоя у почвы пласта для ведения очистных работ.

Далее вынимают слои аналогичным образом до тех пор, когда в транспортном слое останется пространство, в котором смогут разместиться только комбайн 27 и самоходный вагон 28. Тогда вагон и комбайн задним ходом возвращают в камеру разворота 31, где их опять разворачивают и меняют местами. Затем самоходный вагон и комбайн уже по следующей транспортной выработке возвращают в пределы выемочной полосы и начинают следующий цикл выемки слоев аналогичным образом, но уже с транспортировкой отбитого угля к фланговому скату 3 (4).

Когда сократится до минимального размера следующая транспортная выработка, осуществляют формирование камеры разворота 36 за пределами выемочной полосы и т.д.

На заключительном этапе работ по выемке полосы между секциями крепи 8 и транспортным штреком 1 оставляют приштрековый целик или целик безопасности 37, комбайн 27 и самоходный вагон 28 по одному из углеспускных скатов выводят на конвейерный штрек. Оставшийся целик безопасности 37 вынимают исполнительными органами 20 агрегатированных секций крепи 8, с выпуском отбитого угля на конвейерный штрек 1 по скважинам 38, которые специально для этого пробуривают с конвейерного штрека в створе с каждой секцией крепи 8 (если угол падения пласта допускает самотечный транспорт отбитого угля) или скребками 22 агрегатированных крепей (при угле залегания пласта, не допускающем самотечный транспорт); после чего секции по очереди переводят в транспортное положение и выводят на конвейерный штрек 1. Так как в слое у почвы пласта объем добычи больше за счет угля из межслоевой пачки, то подвигание очистного фронта по линии падения пласта в этом слое несколько отстает от фронта в слое у кровли пласта. В связи с этим, а также из условий безопасности, вывод секций на конвейерный штрек начинают с секций, установленных в слое у кровли пласта.

Пространство отработанной полосы изолируют перемычками, оставляя возможность использования всех камер разворота для тех же целей при выемке соседней выемочной полосы, в которой направления отработки слоев и их наклона принимают симметрично относительно отработанной выемочной полосы.

Особенностями способа, выгодно отличающими его от прототипа и аналогов, являются:

- за счет организации выемки слоев с наклоном в разные стороны не только значительно упрощается и облегчается операция зарубки комбайна в следующий слой, но и появляется возможность формирования многократно используемой камеры разворота за пределами выемочной полосы, что значительно упрощает организацию работ по выемке слоев;

- за счет использования исполнительных режущих органов агрегатированных крепей только для оформления очистного забоя и организации собственно выемки угля высокопроизводительным комбайном фронтального действия появилась возможность кратного увеличения производительности забоя;

- индивидуальное агрегатирование секций позволяет набирать комплект оборудования любой длины в зависимости от горно-геологических условий, например, нарушенности пласта, т.е. позволяет вынимать запасы между нарушениями;

- выпуск разрушенного давлением обрушенных пород за гибким перекрытием угля межслоевой пачки в рабочее пространство слоя у почвы пласта через козырьки агрегатированных секций, установленных в этом слое, исключает провисание гибкого перекрытия в это рабочее пространство и снижает вероятность возникновения аварийной ситуации;

- исключение буровзрывных работ в рабочем пространстве слоя у почвы пласта для разрушения межслоевой пачки угля повышает безопасность ведения очистных работ в целом.

В настоящее время при разработке мощных крутонаклонных угольных пластов нагрузка на очистной забой составляет не более 350 т/сут с применением небезопасной взрывной технологии. Предлагаемый способ позволяет механизировать основные операции технологического цикла, что само по себе повышает безопасность ведения горных работ и многократно увеличивает нагрузку на очистной забой, обеспечивает более полное извлечение полезного ископаемого из недр, т.е. повышает эффективность и безопасность разработки мощных крутонаклонных угольных пластов. Это свидетельствует о достижении цели изобретения.

Источники информации

1. Способ разработки мощных крутонаклонных угольных пластов и щитовое перекрытие для его осуществления. Патент РФ №2069267, 6 Е21С 41/18, опубл. 20.11.96, бюл. №32 (аналог).

2. Филатов Ю.М. О совершенствовании технологии ведения очистных работ на мощных крутонаклонных пластах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса / Вестник Научного центра по безопасности в угольной промышленности, №2, 2010, с.193, рис.2 (прототип).

3. Секция агрегатированной крепи очистного забоя крутонаклонного угольного пласта. Патент РФ №2415271, опубл. 27.03.2011, бюл. №9.

Способ слоевой разработки мощного крутонаклонного угольного пласта, включающий подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением углеспускных и вентиляционных выработок от конвейерного до вентиляционного штрека у почвы пласта и слоя у кровли пласта, выемку монтажной камеры на сопряжении выемочной полосы с вентиляционным штреком с разделением пласта по мощности на два наклонных слоя с оставлением межслоевой пачки, монтаж в рабочем пространстве каждого слоя очистного оборудования и на почве слоя у кровли пласта межслоевого гибкого перекрытия, покрывающего межслоевую пачку, очистное оборудование слоя у почвы пласта и прилегающего внахлест к почве пласта, выемку угля в каждом слое, транспорт отбитого угля вдоль линии очистного забоя в каждом слое, разрушение межслоевой пачки угля под гибким перекрытием и выпуск угля межслоевой пачки в рабочее пространство слоя у почвы пласта, отличающийся тем, что в качестве гибкого перекрытия используют полимерную сетку; в качестве очистного оборудования используют секции агрегатированной крепи, снабженные режущим исполнительным органом избирательного действия и скребком, комбайн фронтального действия с исполнительным органом, выполненным в виде горизонтально ориентированного барабана с зубками, и самоходный вагон; выемку угля осуществляют в наклонных слоях у кровли и почвы пласта комбайном слабонаклонными слоями с транспортом отбитого угля на фланговый скат при уклоне слоя в сторону ближнего ската и на ближний скат при уклоне слоя в сторону флангового ската; выемку остающихся целиков угля осуществляют исполнительными органами агрегатированных крепей, межслоевой пачки - давлением обрушенных пород за гибким перекрытием; уклон слою в сторону ближнего или флангового ската придают комбайном, разворот которого осуществляют в камере за пределами выемочной полосы; выпуск отбитого угля приштрекового целика производят на конвейерный штрек по скважинам, а межслоевую пачку делят на порции по мере подвигания очистного забоя слоя у кровли пласта, разрушают давлением обрушенных пород за гибким перекрытием и выпускают в рабочее пространство слоя у почвы пласта через козырьки агрегатированных секций крепи, установленных в слое у почвы пласта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу, к разработке мощных крутонаклонных угольных пластов. .

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для перехода горных выработок механизированным комплексом при разработке угольных пластов. .

Изобретение относится к комплексному освоению угольных месторождений и может быть применено при разработке угольных пластов, в составе угольного вещества которых присутствуют элементы платиновой группы металлов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при разработке полезного ископаемого. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу разработки пластов малой и средней мощности системой разработки длинными столбами по простиранию.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу отработки пологих угольных пластов. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к способу разработки мощных пологих угольных пластов. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для подготовки угольных пластов к отработке в условиях высокой их метаноносности. .

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при отработке газоносных пластов в лавах с мехкомплексами

Изобретение относится к горному делу, используется при разработке указанных угольных пластов

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано в лавах с механизированными комплексами при отработке газоносных пластов с труднообрушающейся кровлей в широком диапазоне условий залегания угольных пластов

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при отработке угольных пластов при входе механизированного комплекса в демонтажную камеру в широком диапазоне условий залегания угольных пластов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для вскрытия и разработки Эльгинского каменноугольного месторождения в Республике Саха (Якутия)
Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к газо- и геодинамическим явлениям, в частности к скважинной разработке угольных месторождений

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам вентиляции при подземной разработке свиты высокогазоносных пластов угля

Изобретение относится к горному делу, а именно к подэтажной разработке мощных крутых угольных пластов с разупрочнением межслоевой толщи угля: вибросейсмовоздействием, гидроразрывом, буровзрывным и др

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке свиты сближенных пологих и наклонных пластов угля, находящихся в условиях многолетней мерзлоты

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке мощных пологих пластов полезных ископаемых, главным образом угольных, слоевыми системами разработки в нисходящем порядке
Наверх