СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1994 года по МПК E21C41/18 E21F15/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технологии отработки крутых угольных пластов средней мощности с применением щитовых агрегатов и закладкой выработанного пространства.

Известен способ разработки крутых угольных пластов столбами по падению с применением щитовых агрегатов АЩ или АНЩ, включающий проведение вентиляционного и откаточного штрека, монтаж щитовых агрегатов на вентиляционном горизонте и последовательную выемку угля в полосах (столбах), начиная от границы выемочного поля (участка) пласта (прототип).

Недостатками этого способа разработки крутых угольных пластов с обратным порядком отработки выемочных полей появляются большой срок подготовки выемочных участков, большой объем породы от проведения подготовительных выработок, выдаваемый на поверхность, а также повышенная опасность возникновения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа. Эти недостатки устраняются в значительной степени при применении сплошной системы разработки, но сплошная система разработки на крутых пластах нигде не применяется из-за сложности поддержания вентиляционного штрека и больших утечек воздуха через выработанное пространство.

Целью изобретения является обеспечение поддержания вентиляционного штрека и надежного проветривания очистного забоя щитового агрегата.

Поставленная цель достигается тем, что при сплошной системе разработки крутых угольных пластов щитовыми агрегатами с закладкой выработанного пространства ниже вентиляционного штрека над щитовым агрегатом возводят опорную изоляционную полосу с проемами (окнами) для подачи закладочного материала в выработанное щитовым агрегатом пространство, упрочняют взаимосвязь крепи вентиляционного штрека с вмещающими боковыми породами, при этом рельсовый путь укладывают на деревянные прогоны, установленные на брусья, уложенные на почве штрека вкрест простирания пласта в виде отдельных кустов и опирающиеся на кастровую крепь опорной полосы, а после отработки щитового столба и демонтажа щитового агрегата проемы в опорно-изоляционной полосе закладывают с подачей пластичного герметизирующего материала: опорно-изоляционную полосу формируют путем возведения контура из оградительно-поддерживающей крепи, заполняя его закладочными материалами, в процессе отработки выемочного участка контролируют усадку закладочного массива в выработанном пространстве и по мере надобности дополняют его через соответствующие проемы.

Проведенные патентные исследования показывают, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о технических решениях, которые бы характеризовались той же совокупностью существенных признаков, что и заявляемый объект, поэтому он отвечает критерию изобретения "новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом и другими известными способами разработки крутых пластов показал, что он имеет существенные преимущества по поддержанию вентиляционного штрека, что обеспечивает прямой порядок отработки выемочных полей крутых пластов средней мощности при достаточно автономной работе очистного (щитового) и подготовительного забоев. В известных способах такого взаимодействия забоев не достигается, а поддержание вентиляционного штрека сопровождается большими трудностями как по поддержанию крепления штрека и содержанию рельсового пути, так и по изоляции выработанного пространства.

На фиг. 1 и 2 изображена схема проведения вентиляционного штрека и его поддержания в зоне работы щитового агрегата в плоскости пласта; на фиг. 3 и 4 - вентиляционный штрек в плане; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 7 - узел I на фиг. 6; на фиг. 8 - схема закладочных материалов в выработанное пространство щитовым агрегатом с металлическими трубчатыми окнами в опорной полосе; на фиг. 9 - схема заполнения опорной породной полосы с трубчатыми окнами для подачи закладочных материалов.

Крутой угольный пласт средней мощности отрабатывают с применением щитовых агрегатов типа АЩМ и АНЩ столбами по падению сплошной системой разработки, т. е. без предварительного оконтуривания подготовительными выработками выемочного поля (участка). Участок пласта, вскрытый квершлагами на откаточном (основном) и вентиляционном горизонтах, отрабатывается прямым ходом с опережением подготовительных забоев 1 (штрек 1) на вентиляционном горизонте и откаточном (не показан) на один-два щитовых столба. На передней границе выемочного участка по пласту проходит скат 2, соединяющий откаточный горизонт с вентиляционным штреком 1.

Ниже вентиляционного штрека 1 на ширину щитового столба вынимается монтажная камера и посекционно монтируется щитовой агрегат 3 с конвейеростругом 4. Еще до выемки угля в монтажной камере арочная металлическая крепь 5 вентиляционного штрека 1 усиливается анкерами 6. После монтажа агрегата 3 на почву штрека 1 на всю его ширину укладываются деревянные брусья 7 вкрест простирания пласта в виде отдельных кустов, на которые устанавливаются деревянные прогоны 8, а к ним крепятся стальные рельсы 9.

По мере выемки угля в щитовом забое и опускания щитового агрегата вниз по падению пласта ниже штрека возводят опорно-изоляционную полосу 10 с проемами 11 для подачи закладочного материала в выработанное пространство за щитовой агрегат 3. Опорно-изоляционную полосу 10 формируют путем возведения контура из оградительно-подвесной крепи 12, располагаемой в нижней части опорно-изоляционной полосы, и органно-костровой крепи 13, устанавливаемой ниже штрека 1 и вдоль проемов 11 по падению пласта. На крепь 13, расположенную под вентиляционным штреком, опираются брусья 7. Оградительно-подвесная крепь 12, устанавливаемая в нижней части полосы и предназначаемая для удержания закладочных материалов, состоит из анкеров 14, закрепленных в кровле и почве пласта, металлических канатов 15, уложенных на них деревянных стоек 16 и поверх них металлической сетки 17, а также в случае необходимости не исключается применение рулонного изоляционного материла. Ширина опорно-изоляционной полосы определяется практическим путем по условиям конвергенции и изоляционной непроницаемости.

Проемы 11 в опорной полосе могут быть выполнены (фиг. 8,9) в виде металлических спускных труб диаметром 600-800 мм.

После опускания щитового агрегата 3 на необходимую ширину опорно-изоляционной полосы (5-7 м) возводится оградительно-подвесная крепь 12 и по завершении возведения контура опорно-изоляционной полосы 10 или хотя бы отдельных частей между проемами 11 начинается укладка закладочных материалов в полосу. В качестве закладочных материалов, как правило, используются породы от проведения подготовительных выработок и в первую очередь от проведения вентиляционного штрека 1, но при этом для улучшения изоляционных качеств опорно-изоляционной полосы насыпают один-два слоя толщиной не менее 1 м из мелкодробленных быстро слеживающихся (глинистых аргиллитов) материалов. Проемы 11 и проемы между крепью 13 оборудуются изоляционными рядами. По завершении формирования и закладки опорно-изоляционной полосы 10 через проемы 11 закладывается выработанное пространство за щитовым агрегатом 3.

После отработки щитового столба и демонтажа щитового агрегата 3 выработанное пространство полностью заполняется закладочными материалами (породами), проемы 11 к тому же еще заполняются добавками хорошо слеживающихся пластичных материалов. Дополняется закладочными материалами и контур опорно-изоляционной полосы. Усадка закладочного массива в выработанном пространстве контролируется в процессе отработки всего выемочного поля и при необходимости дополняется закладочными хорошо прессующимися материалами.

Организация работ на выемочном участке строится таким образом, чтобы к окончанию очистных работ в первом щитовом столбе щитовой агрегат во втором щитовом столбе был бы полностью смонтирован. При одновременной отработке двух, и более крутых сближенных пластов возможно более целесообразна такая организация работ, когда на одном пласте ведутся очистные работы, а на другом - монтажно-подготовительные.

Сущность изобретения: при сплошной системе разработки крутых угольных пластов щитовыми агрегатами с закладкой выработанного пространства ниже вентиляционного штрека над шитовым агрегатом возводят опорную изоляционную полосу с проемами для подачи закладочного материала в выработанное щитовым агрегатом пространство, усиливают арочную металлическую крепь вентиляционного штрека анкерами, при этом рельсовый путь укладывают на деревянные прогоны, установленные на брусья, уложенные на почве штрека вкрест простирания пласта в виде отдельных кустов и опирающиеся на костровую крепь опорной полосы. А после отработки щитового столба проемы в опорно-изоляционной полосе закладывают с подачей пластичного герметизирующего материала: опорно-изоляционную полосу формируют путем возведения контура из оградительно подвесной крепи, заполняя его закладочными материалами. В процессе отработки выемочного участка контролируют усадку закладочного массива в выработанном пространстве и по мере надобности дополняют его через соответствующие проемы. 9 ил.

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, включающий выемку угля столбами (полосами) по падению с применением щитовых агрегатов, проведение подготовительных выработок, выемку монтажной камеры ниже уровня вентиляционного штрека и закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости вентиляционного штрека при сплошной системе разработки, ниже вентиляционного штрека формируют опорно-изоляционную полосу с проемами для подачи закладочного материала в выработанное пространство, причем ее формируют путем возведения контура из органокостровой и оградительно-подвесной крепи, заполняют его закладочными материалами и усиливают взаимосвязь крепи вентиляционного штрека с вмещающими боковыми породами. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рельсовый путь укладывают на деревянные прогоны, установленные на брусьях, уложенных на почве штрека вкрест простирания пласта в виде отдельных кустов и опирающихся на костровую крепь опорной полосы. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в процессе отработки выемочного участка пласта контролируют усадку закладочного массива в выработанном пространстве и по мере необходимости дополняют его через соответствующие проемы в опорно-изоляционной полосе.