Способ разработки крутозалегающих угольных пластов и устройство для его реализации



Способ разработки крутозалегающих угольных пластов и устройство для его реализации
Способ разработки крутозалегающих угольных пластов и устройство для его реализации
Способ разработки крутозалегающих угольных пластов и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2553719:

Нецветаев Александр Глебович (RU)

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована при разработке крутозалегающих пластов полезных ископаемых, главным образом на угольных месторождениях, находящихся на завершающей стадии открытой разработки и на уже отработанных карьерных полях. Техническим результатом является повышение эффективности отработки крутопадающих угольных пластов и экологической безопасность ведения горных работ. Это достигается путем зачистки угольного пласта или пластов по простиранию открытыми горными работами и установкой на пласт бурового агрегата, для выбуривания угля под углом от 60 до 90°, относительно оси простирания пласта, и на глубину 100 и более метров. Для повышения производительности выемки угля, а также снижения нагрузки на режущий рабочий орган при возникновении аварийных ситуаций, ковшебур выполнен из двух частей, а именно режущего рабочего органа и лифтового цилиндрического ковша, соединенных между собой сцепным устройством. Причем внутри ковшебура установлен шнековый элемент для загрузки полезного ископаемого в лифтовый цилиндрический ковш. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Заявляемая группа изобретений относится к горному делу и может быть использована при разработке крутозалегающих пластов полезных ископаемых, главным образом на угольных месторождениях, находящихся на завершающей стадии открытой разработки и на уже отработанных карьерных полях.

Известен метод и устройство для выемки угля из угольного пласта путем его выбуривания прямоугольными выработками и транспортировки угля при помощи шнека на дневную поверхность, с последующей перегрузкой на непрерывный транспортер, который перегружает уголь на самосвал или удаленное место складирования (см. патент США №4059163, М.кл. E21C 25/58, E21C 27/22 от 16.08.76 г.).

Недостатками данного способа и устройства являются отсутствие возможности изменения угла наклона шнека для выбуривания наклонных угольных пластов, отсутствие возможности автономного передвижения данного устройства для производства выбуривания угля в шахте или по карьеру, высокие затраты на его транспортировку и монтаж, что в совокупности указанных недостатков приводит к низкой производительности и эффективности данного способа и устройства для его осуществления.

Известен способ шнекобуровой разработки тонких пластов угольных месторождений путем выбуривания угля шнекобуровой машиной с открытой поверхности и его выдачу с использованием драглайна (см. патент США №4589700, МПК. кл. E21C 41/31, E21C 47/00, E21C 41/26 от 20.05.1986 г.).

Недостатком способа является низкая производительность, значительные потери полезного ископаемого, ограниченное применение для разработки угольных месторождений, а также возможность применения данного способа только в качестве вспомогательного процесса.

Известен также способ выемки запасов полезного ископаемого с помощью разработчиков тонких пластов с секционной конвейерной установкой и многозвенным шнековым транспортером (см. патент WO 95/02746, МПК Кл. E21C 41/28 от 12.07.2004 г.).

Недостаток этого способа заключается в том, что он имеет ограниченную область применения, так как предусматривает отработку полезного ископаемого только после достижения открытыми горными работами предельного коэффициента вскрыши, и только маломощных, одиночных, горизонтальных или слабонаклонных пластов. Кроме того, в данном способе практически не уделено внимание технологии и технологическим параметрам добычи полезного ископаемого, а в основном представлены конструктивные особенности агрегатов и механизмов устройства, в связи с его очередной модификацией.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ разработки полезных ископаемых из бортов карьеров, траншей или иных выработок путем открытой разработки и выемки полезного ископаемого выемочными камерами, с оставлением между ними предохранительных целиков и последующей закладкой камер, реализуемый с использованием комплекса открыто-подземной разработки (см. патент РФ №2247241, МПК. кл. E21C 41/00 от 20.06.2003 г.).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает возможность отработки крутопадающих пластов, а также требует сохранение предохранительных целиков между выемочными камерами, образующихся при работе комплекса открыто-подземной разработки (далее - КОПР). В результате это приводит к необходимости перехода от открытой и открыто-подземной разработки пластов, проводимой с использованием КОПР, к добыче полезных ископаемых подземным способом. При этом сохранение предохранительных целиков приводит к существенным потерям полезного ископаемого, что все в целом значительно снижает экономическую эффективность освоения месторождения.

Наиболее близким решением для осуществления способа является буровое устройство и метод бурения, включающее режущий рабочий орган, выполненный с возможностью жесткого крепления на нижнем конце штанги, крановую подвеску, предназначенную для удержания бурового инструмента со штангой на крановом канате, привод для приведения во вращение штанги (см. патент США №6814167 B2, МПК. кл. E21B 7/02 от 9.11.2001 г.).

Недостатком данного устройства является его низкая производительность, за счет регулярного вытаскивание бура для опорожнения от горной породы, что также требует значительных временных и эксплуатационных затрат. Кроме того, данное устройство не адаптировано к выемке полезных ископаемых на дневную поверхность при освоении месторождений минерального сырья, применяется для бурения скважин.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отработки крутопадающих угольных пластов, путем применения открытого способа в сочетании с буровым устройством для проведения опережающей выемки угля и доработки угольных пластов до лицензионных границ без выемки вскрышных пород.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе разработки крутозалегающих угольных пластов, включающем открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, по возвратно-поступательной траектории, с оставлением между ними предохранительных целиков и последующей закладкой камер, выбуривание угля производится буровым устройством, размещенным на головке угольного пласта, при этом угол наклона бурового инструмента соответствует углу падения угольного пласта и может находиться в диапазоне от 60 до 90° к горизонтали.

Способ также заключается в том, что выбуривание угля из выемочной камеры производится скважинами диаметром от 0,5 до 4 м, по падению пласта, на глубину до 100 м и более. Выемочная камера формируется по простиранию угольного пласта, размеры выемочной камеры, по простиранию, определяются устойчивостью кровли и почвы пласта, при этом длина выемочной камеры может находиться в диапазоне от 6 до 30 м, а ширина выемочной камеры определяется мощностью угольного пласта. Между выемочными камерами оставляется целик шириной 0,5-1,0 м, выполняющий барьерную и предохранительную функции.

В способе также проводится предварительное упрочнение стенок выемочной камеры по ее периметру при помощи инъекционных скважин диаметром 75-250 мм и упрочняющих составов, а после отработки выемочной камеры производится закладка выработанного пространства вскрышными породами.

Буровое устройство для выемки полезного ископаемого содержит буровой инструмент, выполненный с возможностью жесткого крепления на нижнем конце штанги, крановую подвеску, предназначенную для удержания бурового инструмента со штангой на крановом канате, привод для приведения во вращение штанги, отличающееся тем, что буровой инструмент выполнен виде ковшебура, состоящего из режущего рабочего органа и лифтового цилиндрического ковша, внутри которого дополнительно установлен шнековый элемент для загрузки угля в лифтовый цилиндрический ковш.

При этом внешняя штанга выполнена полой, внутри которой установлена независимо перемещающаяся внутренняя штанга, при этом внутренняя штанга жестко закреплена в нижней своей части с лифтовым цилиндрическим ковшом, а подъем ее осуществляется за счет кранового каната. Причем сама внешняя штанга служит направляющей для лифтового цилиндрического ковша.

Кроме того, ковшебур и лифтовый цилиндрический ковш снабжены сцепным устройством для соединения верхней части режущего рабочего органа с нижней частью лифтового цилиндрического ковша.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность отработки крутопадающих угольных пластов и экологическую безопасность ведения горных работ за счет использования открытого способа в сочетании с буровым устройством, что позволяет проводить опережающую добычу угля и доработку угольных пластов до лицензионных границ без выемки вскрышных пород.

Это достигается путем зачистки угольного пласта или пластов по простиранию открытыми горными работами и установкой на пласт бурового устройства, для выбуривания угля под углом от 60 до 90°, относительно оси простирания пласта, и на глубину до 100 м и более с диаметром скважин от 0,5 до 4 м. Выбуривание угля производится выемочными камерами, размеры которого определяются устойчивостью кровли и почвы пласта, и находятся в диапазоне от 6 до 30 м. Между выемочными камерами оставляется барьерный целик шириной 0,5-1,0 м, выполняющий барьерную и предохранительную функции, который предварительно упрочняется до начала отработки выемочной камеры, путем создания специальных скважин диаметром 75-250 мм и использования упрочняющих составов, а после отработки выемочной камеры производится закладка выработанного пространства вскрышными породами.

Для повышения производительности выемки угля, а также снижения нагрузки на режущий рабочий орган при возникновении аварийных ситуаций, ковшебур выполнен из двух частей, а именно, режущего рабочего органа и лифтового цилиндрического ковша, соединенных между собой сцепным устройством. Причем внутри ковшебура установлен шнековый элемент для загрузки полезного ископаемого в лифтовый цилиндрический ковш.

Вышеуказанный способ и устройство для его осуществления позволяют решить проблемы разработки крутозалегающих угольных пластов без значительных экономических затрат на производство работ и рекультивацию месторождения, сопровождаемых при открытой и подземной разработки месторождений полезных ископаемых. Кроме того, данное изобретение позволяет повысить безопасность жизнедеятельности при выемке полезных ископаемых, а также экологическую безопасность окружающей среды.

На фиг.1 изображена схема технологии разработки крутозалегающих угольных пластов полезных ископаемых: а) вид сбоку, разрез А-А, б) вид сверху; в) вид спереди, разрез В-В; на фиг.2 - схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг 3 - схема устройства ковшебура, разрез С-С.

Технология разработки крутозалегающих угольных пластов содержит борт карьера 1, угольный пласт 2, выемочную камеру 3, буровое устройство 4, добычную скважину 5, барьерный целик 6, инъекционные скважины 7, отработанную выемочную камеру 8, закладочный материал 9, крановый канат 10, электропривод 11, ковшебур 12, режущий рабочий орган 13, шнековый элемент 14, лифтовый цилиндрический ковш 15, внешнюю штангу 16, внутреннюю штангу 17, малую крановую подвеску 18, большую крановую подвеску 19, сцепное устройство 20.

Способ технологии разработки крутозалегающих угольных пластов осуществляется следующим образом. Открытыми горными работами производится предварительная зачистка угольного пласта 2 по простиранию, которая представляет собой горизонтальную ровную площадку. Затем на выровненную площадку устанавливается буровое устройство и производится выбуривание угля на глубину до 100 м и более скважинами диаметром от 0,5 до 4 м.

Процесс выбуривания производится по простиранию угольного пласта выемочными камерами 3, размер которых определяется устойчивостью вмещающих пород кровли и почвы, а также мощностью (b) угольного пласта 2 и составляет от 6 до 30 м. При этом ось хода бурового устройства 4 может располагаться в диапазоне от 60 до 90° относительно оси простирания пласта (α).

Посредством электропривода 11 для приведения во вращение внешней штанги 16, подвешенной на большой крановой подвеске 19, предназначенной для удержания бурового инструмента со штангой на крановом канате 10, ковшебур 12 выбуривает уголь при помощи режущего рабочего органа 13. Затем уголь при помощи шнекового элемента 14 поступает в лифтовый цилиндрический ковш 15. После заполнения внутреннего пространства лифтового цилиндрического ковша 15 углем, ковшебур 12 поднимается на дневную поверхность, где затем разгружается на транспортерное устройство для его перемещения на место складирования.

Причем для повышения эффективности производительности работы, а также снижения нагрузки на режущий рабочий орган 13 при возникновении аварийных ситуаций, ковшебур 12 выполнен из двух частей, а именно, режущего рабочего органа 13 и лифтового цилиндрического ковша 15, соединенных между собой сцепным устройством 20. Режущий рабочий орган 13 жестко закреплен на внешней штанге 16, выполненной полой внутри и приводящейся в движение посредством электропривода 11. Внутри внешней штанги 16 установлена внутренняя штанга 17 для подъема лифтового цилиндрического ковша 15, при помощи малой крановой подвески 18. При подъеме лифтового цилиндрического ковша 15 происходит размыкание сцепного устройства 20 и разъединение шнекового элемента 14. Затем лифтовый цилиндрический ковш 15, соединенный через малую крановую подвеску 18 с крановым канатом 10, по направляющей внешней штанге поднимается на дневную поверхность, где происходит выгрузка угля.

После отработки выемочной камеры 8, производится ее закладка закладочным материалом 9, например, вскрышными породами. Затем буровое устройство 4 перемещают на следующую выемочную камеру 3, которая отделяется от отработанной выемочной камеры 8 барьерным целиком 6. Использование барьерного целика 6 позволяет исключить попадание закладочного материала 9, размещенного в отработанной выемочной камере 8, в пространство ведения добычных работ, а также предотвратить обрушение пород висячего и лежачего бортов выработанного пространства. Причем для придания необходимой прочности барьерный целик 6 предварительно укрепляют при помощи инъекционных скважин 7 диаметром 75-250 мм и упрочняющих составов. Размеры барьерного целика 6 зависят от мощности угольного пласта 2 и типа упрочняющих составов и находятся в диапазоне от 0,5 до 1 м.

1. Способ разработки крутозалегающих угольных пластов, включающий открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, создание барьерных целиков, закладку выемочных камер, отличающийся тем, что выбуривание угля производится под углом от 60 до 90°, относительно оси простирания угольного пласта, и на глубину 100 м и более.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры выемочной камерой определяются устойчивостью кровли и почвы пласта и находятся в диапазоне от 6 до 30 м, а между ними сохраняется барьерный целик шириной от 0,5 до 1,0 м.

3. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что упрочнение барьерного целика производится до отработки выемочной камеры при помощи инъекционных скважин диаметром 75-250 мм и упрочняющих составов.

4. Устройство для выемки угля, содержащее буровой инструмент, выполненный с возможностью жесткого крепления на нижнем конце штанги, крановую подвеску, предназначенную для удержания бурового инструмента со штангой на крановом канате, привод для приведения во вращение штанги, отличающееся тем, что буровой инструмент выполнен в виде ковшебура, состоящего из режущего рабочего органа и лифтового цилиндрического ковша, внутри которого дополнительно установлен шнековый элемент для транспортировки угля в лифтовый цилиндрический ковш.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внешняя штанга выполнена полой, внутри которой установлена независимо перемещающаяся внутренняя штанга, при этом внутренняя штанга жестко закреплена в нижней своей части с лифтовым цилиндрическим ковшом, а подъем ее осуществляется за счет кранового каната.

6. Устройство по пп.4, 5, отличающееся тем, что внешняя штанга является направляющей для лифтового цилиндрического ковша, для направления и удержания бурового инструмента под углом, соответствующим углу падения угольного пласта, в нижней части агрегата устанавливается специальное направляющее устройство.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что ковшебур и лифтовый агрегат снабжены сцепным устройством для соединения верхней части режущего рабочего органа с нижней частью лифтового цилиндрического ковша.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к открытой разработке месторождений полезных ископаемых, более конкретно к открытой разработке крутопадающих месторождений большой протяженности с внутренним отвалообразованием.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытой и комбинированной разработке месторождений твердых полезных ископаемых Севера. Техническим результатом является предотвращение растепления мерзлых пород нерабочих бортов уступов карьеров.
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а конкретно к добыче угля открытым способом. Техническим результатом является полное исключение вредных воздействий на окружающую среду и обслуживающий персонал при буровзрывном способе рыхления горных пород.

Изобретение относится к способу открытой разработки месторождений полезных ископаемых с созданием отвала. Техническим результатом является повышение эффективности разработки месторождения при строительстве высокого отвала большой емкости при снижении затрат на перемещение вскрыши и обеспечение безопасности отвалообразования.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых месторождений криолитозоны на базе бестранспортной системы разработки вскрышных пород.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих месторождений твердых полезных ископаемых, в частности скального и полускального типов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке мощных месторождений полезных ископаемых пологого и слабонаклонного залегания с применением техники непрерывного действия открытым способом.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при освоении рудных месторождений и месторождений других твердых полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение эффективности освоения небольших рудных и нерудных месторождений золота, свинца, олова и других полезных ископаемых.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для доработки открытым способом месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты выемки полезного ископаемого открытым способом.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче и переработке молибденсодержащих руд. Способ добычи и переработки молибденсодержащих руд включает районирование карьерного поля, оконтуривание различных по технологическим свойствам участков рудного массива, селективную выемку на оконтуренных участках с выделением в самостоятельный поток руд из зон с повышенным окислением молибденита и направлением его на люминесцентную сепарацию.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для механической разработки угольных пластов. .

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована при разработке угольных месторождений на пластах крутого залегания открытым способом, главным образом на угольных месторождениях, находящихся на завершающей стадии открытой разработки и на уже отработанных карьерных полях. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности отработки крутопадающих угольных пластов. Способ включает открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, создание барьерных целиков, закладку выемочных камер. В качестве бурового устройства используют фрезерную буровую машину, размещенную на дневной поверхности, с углом наклона фрезерного бурового инструмента от 45 до 90° от вертикали, при этом выемку угля из выемочных блоков ведут с использованием устройства гидровыдачи угля при соотношении твердой и жидкой фазы равном 1:3, после чего угольную пульпу направляют на обезвоживание угля до 7-8%, а сточные воды на обесшламливание и в оборот. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении вскрышных и добычных работ на месторождениях, сложенных из плотных и полускальных пород, с применением землеройно-фрезерных машин и скреперов. Способ повышает эксплуатационную надежность и производительность при выполнении вскрышных и добычных работ на месторождениях, сложенных из плотных и полускальных пород, с применением землеройно-фрезерных машин и скреперов. Способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых с применением землеройно-фрезерной машины и скреперов включает использование землеройно-фрезерной машины для разрыхления породы с размещением отфрезерованной горной массы в отрытой траншее, из которой осуществляют ее выемку скрепером, следующим вслед за землеройно-фрезерной машиной без ее остановки. Скрепер зачерпывает горную массу в ковш с помощью загрузочного лотка, который осуществляет заполнение передней части ковша горной массой и последующее перемещение ее с использованием гребковой стенки, при этом освободившаяся передняя часть ковша вновь заполняется горной массой. Гидроцилиндры механизма управления лотком поднимают загрузочный лоток с горной массой для окончательного заполнения передней части ковша. Разгрузка ковша осуществляется через образовавшуюся щель между днищем ковша и поднятым в направляющих загрузочным лотком посредством задней стенки, которая перемещается в переднюю часть ковша с гребковой стенкой. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении вскрышных и добычных работ на месторождениях, сложенных из плотных и полускальных пород, с применением стреловых карьерных комбайнов, отвалообразователей и других горных машин. Техническим результатом является повышение производительности горных работ при разработке глубоких месторождений полезных ископаемых, сложенных плотными и полускальными породами Способ включает непрерывную выемку и бестранспортное отвалообразование вскрышных пород, непрерывную выемку, перемещение, сортировку полезного ископаемого. Фронт ведения горных работ располагается вдоль короткой оси карьерного поля, непрерывная отработка вскрышного уступа большой высоты ведется одновременно на двух подуступах с использованием стреловых карьерных комбайнов. Вскрышная порода по конвейерам стреловых карьерных комбайнов подается через приемные устройства на конвейеры загрузочных консолей отвалообразователя. Процесс совмещения конвейеров стреловых карьерных комбайнов с приемными устройствами загрузочных консолей и позиционирование отвалообразователя относительно стреловых карьерных комбайнов обеспечивается автоматической системой управления. Добычные работы ведутся с применением землеройно-фрезерной машины, полезное ископаемое подается погрузчиком в бункер мобильного перегрузочного агрегата с конвейером, а затем к мобильно-сортировочному агрегату. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке полезных ископаемых открытым способом с применением комбинированного транспорта, и может быть использовано при разработке месторождений с пологим или горизонтальным залеганием полезного ископаемого с вытянутой формой карьера в плане. Техническим результатом является вынос транспортных коммуникаций и загрузочного бункера за пределы рабочей зоны верхней группы уступов карьера в зоне действия экскаватора-драглайна и на рабочей площадке нижней группы уступов карьера в зоне действия экскаватора-драглайна или их размещение только за пределами рабочей зоны верхней группы уступов карьера, а также разделение процессов разгрузки автосамосвалов и погрузки горной массы в загрузочный бункер конвейерного или железнодорожного транспорта при отработке месторождений с пологим или горизонтальным залеганием полезного ископаемого с вытянутой формой в плане. Способ включает отработку верхних и нижних уступов карьера с созданием перегрузочного пункта, состоящего из разгрузочной площадки для автосамосвалов, экскаваторной площадки, загрузочного бункера, железнодорожного пути, согласно изобретению отрабатывают уступы выемочно-погрузочными машинами, породу транспортируют автосамосвалами, на перегрузочно-накопительную площадку, где с помощью экскаватора-драглайна перегружают в загрузочный бункер конвейерного или железнодорожного транспорта, которые располагают за пределами рабочей зоны верхней группы уступов карьера в зоне действия экскаватора-драглайна и на рабочей площадке нижней группы уступов карьера в зоне действия экскаватора-драглайна или только за пределами рабочей зоны верхней группы уступов карьера в зависимости от мощности вскрышной породы. Определяют количество экскаваторов-драглайнов, величину перегрузочно-накопительной площадки и объем вскрыши, размещаемый на перегрузочно-накопительной площадке. 5 ил.
Изобретение относится к категории горной промышленности и может быть использовано при освоении месторождений твердых полезных ископаемых, включая строительные горные породы. Техническим результатом является повышение уровня эффективности комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых и смежных с ними природных и техногенных ресурсов. Способ включает рациональное освоение базовой и смежных зон природных и техногенных ресурсов месторождения, заключающееся в их глубокой дифференциации на основе системного комплекса горно-геологических, технологических, экономических и социально-экологических показателей, целиковое снятие почвенно-растительного слоя с сохранением микробиоты, кратковременное размещение почвенно-растительного слоя на спецплатформе мобильного универсального агрегата. Предусматривается селективная автоматизированная выемка, минеральная подготовка и первичная переработка минерального сырья, раздельная автоматизированная выемка и складирование временно некондиционной и некондиционной минеральной массы, а также выемка и размещение вскрышных пород в отвалах, используя при этом универсальные роботизированные агрегаты, оборудованные манипуляторами и автоматизированной системой управления.
Наверх