Способ разработки мощных пологих угольных пластов
Владельцы патента RU 2563003:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки мощных пологих пластов угля. Способ разработки мощных пологих угольных пластов включает подготовку выемочного столба, монтаж механизированного комплекса, подрезку нижнего слоя пласта очистным комбайном, разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями, выпуск горной массы на подзавальный конвейер. В подкровельной толще направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины диаметром 90-110 мм на длину выемочного столба на расстоянии 15-30 м друг от друга по ширине выемочного столба и 1-1,5 м от кровли, которые подключают к дегазационной сети, связанной с вакуум-насосом. Разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями и выгрузку горных пород производят на расстоянии, равном двойной ширине вынимаемой полосы очистным комбайном от хвоста секции крепи. Изобретение позволяет повысить уровень безопасности ведения горных работ путем дегазации выемочного столба и улучшения условий проветривания очистного забоя. 3 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки мощных пологих пластов угля.
Известен способ разработки мощного пологого угольного пласта с устойчивой кровлей (RU 2442895, МПК Е21С 41/18, опубл. 20.02.2012), включающий выемку нескольких заходок со стороны восстания пласта, начиная от вентиляционной выработки. Эту часть выемочной камеры углубляют. Затем вынимают несколько заходок со стороны падения пласта в том же направлении. Потом опять углубляют выемочную камеру и вынимают заходки со стороны восстания пласта в слое у его почвы. После чего опять углубляют выемочную камеру и вынимают заходки со стороны падения пласта. Причем вентиляционные и транспортные выработки проводят под углом к линии горизонта вниз, обеспечивающим возможность использования средств конвейерного транспорта. Выемочные камеры проводят под углом к горизонту вверх, обеспечивающим возможность применения в них самоходного вагона. Диагональную заходку вынимают вверх или вниз под углом, обеспечивающим возможность применения комбайна фронтального действия. Высоту выемочной камеры в слое у кровли пласта рассчитывают по математической формуле.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ разработки участка мощного пологого угольного пласта (RU 2436955, МПК Е21С 41/18, опубл. 20.12.2011), который включает подготовку выемочного поля в слое у кровли пласта проведением вентиляционной и транспортной выработок, поочередное проведение выемочных камер от транспортной до вентиляционной выработки с анкерным креплением висячего борта и кровли. Погашение междукамерных целиков диагональными заходками осуществляют в два слоя с оставлением подзавальных целиков. По мере проведения выемочной камеры и выемки заходки в слое у кровли пласта осуществляют мониторинг состояния угольного массива и пород кровли пласта. В случае выявления нарушения сплошности угольного массива осуществляют опережающее крепление обоих бортов части камеры у почвы пласта и заходки возведением анкерной крепи в почве слоя по боковым сторонам камеры и заходки под углом 20-30 градусов к вертикали, а при выявлении нарушений сплошности пород кровли пласта кровлю камеры и заходки перекрывают металлической сеткой и используют анкеры глубокого заложения.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ выемки угля из межслоевой толщи при разработке мощных пластов (RU 2397323, МПК Е21С 41/18, опубл. 20.08.2010), который включает отработку горизонтальных слоев по простиранию с применением механизированного комплекса и попутной выемкой угля буровзрывным способом из межслоевой толщи и использованием при этом длинных скважин, пробуренных из нижнего горизонтального слоя в орты верхнего горизонтального слоя. Потолочина при этом поддерживается временными целиками, оставляемыми между ортами. Затем осуществляют выпуск угля из межслоевой толщи через люки на завальный конвейер механизированного комплекса нижнего горизонтального слоя.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ разработки мощных угольных пластов (RU 2303694, МПК Е21С 41/18, опубл. 27.07.2007), в котором пласт угля разделяют на два слоя и производят отработку слоев лавами в нисходящем порядке с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве. Определяют шаг обрушения трудно обрушающихся пород кровли в выработанном пространстве лав верхнего слоя, а также места расположения передних и задних трещин разлома, которые формируют блоки трудно обрушающихся пород кровли. В периоды прохождения лавы, отрабатывающей нижний слой, под блоками трудно обрушающихся пород кровли на расстоянии от места расположения передних трещин разлома, большем мощности пород непосредственной кровли угольного пласта, оставляют защитную угольную пачку. Мощность защитной угольной пачки принимают больше предельной мощности защитной угольной пачки, при снижении которой происходит ее разрушение. В периоды прохождения лавы под блоками трудно обрушающихся пород кровли на расстоянии от передних трещин разлома, меньших мощности пород непосредственной кровли угольного пласта, отработку нижнего слоя ведут без оставления межслоевой защитной угольной пачки в кровле лавы.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ разработки мощных газоносных пологих пластов (RU 2280764, МПК Е21С 41/20, опубл. 27.07.2006), который включает проведение подготовительных выработок нижнего слоя в разгруженной зоне под выработанным пространством верхнего слоя со смещением относительно поперечного сечения его слоевых подготовительных выработок и под защитой межслоевой пачки пород. Перед началом очистных работ в лаве нижнего слоя за крепью сопряжения с подготовительной выработкой нижней лавы возводят на почве защитные горизонтальные щиты, которые перемещают вместе с секциями крепи сопряжения. При этом площадь перекрытия защитными горизонтальными щитами почвы пласта должна быть не меньше произведения суммарной ширины защитных горизонтальных щитов, равной ширине подготовительной выработки, на длину защитных горизонтальных щитов, равную интервалу, отсчитываемому от крепи сопряжения в сторону выработанного пространства, в переделах которого происходят внезапные выбросы породы и газа из почвы пласта в выработанном пространстве нижней лавы на сопряжении с подготовительной выработкой.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ разработки мощных пологих угольных пластов (RU 2287688, МПК Е21С 41/18, опубл. 20.11.2006), который включает разделение угольного пласта на два слоя, отрабатываемые лавами, оборудованными механизированными крепями, опережающую отработку верхнего слоя, отработку нижнего слоя с оставлением между слоями угольной пачки. Определяют глубину зоны разрушенного угля, формирующейся в угольном массиве, расположенном ниже верхнего слоя, под воздействием опорного давления, возникающего впереди забоя лавы верхнего слоя. Между верхним и нижним слоями оставляют угольную пачку мощностью, не менее суммы указанной глубины зоны разрушенного угля и минимально допустимой мощности не разрушенной опорным давлением угольной пачки, оставляемой между верхним и нижним слоями угля, при снижении которой происходит ее обрушение в призабойном пространстве лавы.
Недостаток способа - сложность технологии отработки пласта.
Известен способ дегазации выемочных столбов длинными скважинами направленного бурения (Инструкция по дегазации угольных шахт. Утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №679 от 01.12.2011 г. ), включающий нарезку выемочного столба, направленное бурение длинных параллельных дегазационных скважин и подключение их к дегазационному трубопроводу.
Недостатком способа является невозможность использования скважин для дегазации в период отработки столба.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ разработки мощных угольных пластов и устройство его реализации (RU 2391510, МПК Е21С 41/18, опубл. 10.06.2010), включающие подрезку нижнего слоя пласта механизированным комплексом, разрушение под кровельной толщи и ее выпуск на подзавальный конвейер. Подкровельную толщу угольного пласта разрезают тонкими гидравлическими струями на полосы, которые разрушаются под воздействием горного давления, а выпуск горной массы производят через перекрываемые люки верхнего перекрытия и бокового ограждения и перепускают на подзавальный конвейер по закрытым желобам. Тонкие высоконапорные струи диаметром 2-3 мм под давлением 10-20 МПа разрезают подкровельную толщу на полосы с шагом, размер которого выбирают из условия перекрытия их подвижными нижними пластинами. Механизированная крепь комплекса включает основание с гидродомкратами передвижки, козырек с гидродомкратами подачи, верхнее перекрытие с четырьмя гидростойками, боковое ограждение с гидродомкратами подачи и подзавальный скребковый конвейер. Верхнее защитное перекрытие и боковое ограждение выполняют из двух пластин: верхней неподвижной и нижней подвижной, при этом в верхних пластинах по всей длине и ширине прорезаны люки для выпуска горной массы из подкровельной толщи пласта, размеры которых и расстояния между ними выбраны из условия их перекрытия подвижными нижними пластинами, а в промежутках между люками установлены сопла высоконапорных струй, разрезающих подкровельную толщу, а в подвижных пластинах оставлены пазы для подвода гибкого трубопровода высоконапорной воды. Кромки подвижных пластин, перекрывающих люки, и края люков неподвижных пластин верхнего перекрытия и бокового ограждения встречно заострены и упрочнены, чтобы обеспечить раскол негабаритов, попавших в люки при их закрытии. Наклонные желоба для перепуска горной массы имеют параболическую форму и установлены под верхним перекрытием и боковым ограждением под углом, не менее угла естественного откоса для сыпучих материалов, а форсунки выполнены подвижными в плоскости реза и имеют угол поворота 25-30°.
Недостатком способа является отсутствие дегазации угольного пласта, вследствие чего снижается уровень безопасности ведения горных работ.
Задачей изобретения является повышение уровня безопасности ведения горных работ путем дегазации выемочного столба и улучшения условий проветривания очистного забоя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе разработки мощных пологих угольных пластов, включающем подготовку выемочного столба, монтаж механизированного комплекса, подрезку нижнего слоя пласта очистным комбайном, разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями, выпуск горной массы на подзавальный конвейер, согласно предлагаемому изобретению в подкровельной толще направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины диаметром 90-110 мм на длину выемочного столба на расстоянии 15-30 м друг от друга по ширине выемочного столба и 1-1,5 м от кровли, которые подключают к дегазационной сети, связанной с вакуум-насосом, а разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями и выгрузку горных пород производят на расстоянии, равном двойной ширине вынимаемой полосы очистным комбайном от хвоста секции крепи.
Сущность способа поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид очистного забоя.
На фиг. 2 представлен разрез общего вида А-А.
На фиг. 3 представлено расположение скважин в выемочном длинном столбе.
При подготовке выемочного столба 1 конвейерный и вентиляционный штреки проводятся спаренными выработками 2, 3, одна из которых служит подготовительной выработкой для соседнего выемочного столба 4 при оставлении целика 5.
В монтажной камере 6, сбивающей конвейерный и вентиляционный штреки 2, 3, монтируют механизированный комплекс 7, который отрабатывает нижний слой 8 мощного угольного пласта 9.
В подкровельной толще 10 направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины 11 диаметром 90-110 мм на длину выемочного столба на расстоянии 15-30 м друг от друга по ширине выемочного столба, которые объединяют через запорную арматуру 12 в дегазационную сеть 13, подключенную к вакуум-насосу 14, а разрушение подкровельной толщи 10 производят тонкими гидравлическими струями 15 на расстоянии, равном двойной ширине (2а) вынимаемой полосы а очистным комбайном от хвоста секции крепи 16. Скважины диаметром 90-110 мм располагают на расстоянии 1-1,5 м от кровли.
Выбор диаметра скважин обусловлен следующими причинами: скважины диаметром менее 90 мм, требуют использования вакуум-насоса большой мощности, т.к. их аэродинамическое сопротивление велико, то проветривание в зоне разрушения подкровельной толщи должно быть интенсивным. Вокруг скважин в зонах геомеханических проявлений происходит отслоение вмещающих пород, которые заполняют скважину. При диаметре скважин более 110 мм происходит расслоение вмещающих пород вокруг скважин, и отслоенные куски пород могут привести к их забучиванию, которое невозможно разбутить. Кроме того, диапазон диаметров скважин 90-110 мм принят по диаметру серийных коронок для направленного бурения.
Расстояние 1-1,5 м от кровли выбрано из условия нахождения скважины непосредственно в зоне разрушения подкровельной толщи, где породы разрушены и имеют газопроницаемость и происходит куполообразование. При меньшем расстоянии скважина окажется в зависающих породах и будет работать не эффективно.
Расстоянии равное двойной ширине (2α) вынимаемой полосы α очистным комбайном взято из условия стабильной работы секции при передвижке секции крепи за счет оставления временного целика, который более длительное время будет находиться под воздействием горного давления и распора секции крепи, что приводит к большему измельчению угля подкровельной толщи и лучшему его выпуску.
Во время передвижки секций механизированной крепи 16 происходит разрушение подкровельной толщи 9 и образуются купола 17 между основной кровлей 18 и крепью, где концентрируется метан. Метан откачивается вакуум-насосом 14 через дегазационные скважины 11 и дегазационную сеть 13. Запорная арматура 12 служит для регулирования режима отсоса.
Дегазационные скважины служат одновременно для доразведки нарушений угольного пласта, а при подключении к дегазационной сети - для отсоса метана, выделяемого из пор и трещин угольного массива выемочного столба, зон нарушений пласта и зоны гидравлического разрушения подкровельной толщи, чем достигается доразведка пласта, повышение уровня безопасности в очистном забое выемочного столба и улучшение условий проветривания горных выработок.
Способ разработки мощных пологих угольных пластов, включающий подготовку выемочного столба, монтаж механизированного комплекса, подрезку нижнего слоя пласта очистным комбайном, разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями, выпуск горной массы на подзавальный конвейер, отличающийся тем, что в подкровельной толще направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины диаметром 90-110 мм на длину выемочного столба на расстоянии 15-30 м друг от друга по ширине выемочного столба и 1-1,5 м от кровли, которые подключают к дегазационной сети, связанной с вакуум-насосом, а разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями и выгрузку горных пород производят на расстоянии, равном двойной ширине вынимаемой полосы очистным комбайном от хвоста секции крепи.
