СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО С ПРОСЛОЕМ ПОРОДЫ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/16 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке пластов или мощного пласта полезного ископаемого, разделенных прослоем породы.

Известен способ разработки пластов полезных ископаемых с прослоем породы длинными столбами, включающий проведение оконтуривающих столбы выработок у почвы пласта, выемку верхней и нижней пачек пласта с оставлением породного прослоя в выработанном пространстве [1]
Однако известный способ недостаточно эффективен ввиду высокой трудоемкости поддержания и крепления концевых участков лавы на сопряжениях с выемочными штреками, трудности сохранения одного из выемочных штреков для повторного использования, сложности обеспечения целостности породного прослоя недостаточной прочности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ разработки пластов угля, включающий проведение подготовительных выработок у почвы пласта для его отработки по всей мощности, нарезку разрезных печей в верхней и нижней частях пласта и оснащение очистных забоев механизированными комплексами, имеющими передвижной забойный конвейер со сбрасывающей головкой, выемку верхней части пласта с опережением выемки нижней части и оставлением искусственной кровли, размещение сбрасывающей головки забойного конвейера комплекса в верхней части пласта в лаве, передвижку комплекса в верхней части пласта без снятия элемента крепи выработки [2]
Размещение концевых головок лавных конвейеров в верхней лаве, преследующее цель не нарушать постоянную крепь горной выработки для ее наилучшего сохранения при работе лавы в нижней части пласта, является обоснованным, хотя при этом возрастает трудоемкость выемки, крепления и поддержания концевых участков лавы. При передвижках комплекса необходимо передвигать сбрасывающую головку лавного конвейера на шаг, соответствующий шагу крепи выработки, который обычно не совпадает с шагом передвижки комплекса. Это вызвано тем, что привод конвейера со сбрасывающей головкой при каждой передвижке должен быть установлен напротив промежутка между элементами крепи выработки, чтобы обеспечить перегруз горной массы с лавного на штрековый конвейер. Работа лавы, расположенной в нижней части пласта без снятия элементов штрековой крепи и последующего восстановления, не обоснована, так как соответственно возрасту трудоемкость выемки, крепления и поддержания концевых участков этой лавы, а кроме того требует проведения конвейерного штрека ниже уровня лавы, то есть с поддиркой почвы. Действительно перегруз горной массы со сбрасывающей головки конвейера нижней лавы на штрековый конвейер или перегружатель требует превышения уровня почвы лавы над почвой выработки как минимум на 0,6-0,8 м, что вызывает необходимость поддирки породы в почвы пласта при проведении конвейерного штрека. Кроме того, сохранение конвейерного штрека большого сечения для повторного использования не требует обязательной работы без снятия штрековой крепи, а позволяет производить ее снятие и последующее возведение за проходом лавы. Кроме того, при работе нижней лавы постоянно существует опасность разрушения искусственной кровли и прорыва обрушенных пород в рабочее пространство. Таким образом, к основным недостаткам прототипа относятся невысокая эффективность разработки, ввиду значительной трудоемкости поддержания и крепления концевых участков лавы, расположенной в нижней части пласта, опасность разрушения и проседания искусственной кровли, необходимость поддирки почвы выработки и необходимость передвижки лавы с шагом установки крепи выработки. Предлагаемое техническое решение свободно от указанных недостатков.

Сущность изобретения заключается в том, что комплекс в верхней части пласта подвигают выше прослоя породы, разделяющего пласт, а комплекс в нижней части пласта подвигают ниже прослоя породы, который оставляют в выработанном пространстве, после передвижки комплекса в верхней части пласта производят дополнительную выемку полезного ископаемого и последующую додвижку концевых участков комплекса на величину превышения шага установки крепи выработки над шагом передвижения комплекса или же искусственно не додвигают концевые участки комплекса на величину превышения шага передвижения комплекса над шагом установки крепи, с установкой сбрасывающей головки напротив промежутка между элементами крепи выработки, причем по мере искривления фронта лавы соответственно осуществляют периодические дополнительную выемку и додвижку или недодвигают участок комплекса, находящийся между его концевыми участками, в нижней части пласта сбрасывающую головку лавного конвейера располагают в выработке и передвижку комплекса производят после снятия элементов крепи выработки, мешающих передвижению сбрасывающей головки забойного конвейера на шаг передвижения комплекса, следом за передвижением сбрасывающей головки производят восстановление извлеченных элементов крепи выработки.

Кроме того, сущность изобретения заключается в том, что при недостаточной прочности породного прослоя разделяющего пласт, работы в лаве верхней части пласта ведут с оставлением земника, или же оставляют защитную пачку полезного ископаемого в кровле лавы, работающей в нижней части пласта, или же используют сочетание этих приемов.

Кроме того, сущность изобретения заключается в том, что при превышении верхней границы допустимого опережения лавы нижней части пласта лавой верхней части пласта, отработку этой лавы приостанавливают и возобновляют после достижения нижней границы опережения.

Заявляемое изобретение направлено на повышение эффективности разработки путем передвижки комплекса в лаве, расположенной в верхней части пласта на шаг установки крепи выработки таким образом, чтобы привод лавного конвейера со сбрасывающей головкой располагался напротив промежутка между элементами постоянной крепи выработки, причем по мере искривления фронта лавы осуществляют периодически дополнительную выемку и додвижку или недодвигают участок комплекса, находящийся между его концевыми участками. В нижней части пласта сбрасывающую головку привода лавного конвейера располагают в выработке и передвижку комплекса осуществляют на его шаг передвижения со снятием элементов крепи выработки и последующим их восстановлением следом за передвижением комплекса. Таким образом, лаву в верхней части пласта подвигают на шаг установки крепи выработки, не снимая ее крепления, обеспечивая наименьшую деформацию крепления для работы лавы в нижней части пласта. Лаву в нижней части пласта подвигают на шаг передвижки комплекса со снятием элементов крепи выработки, мешающих передвижению и последующим восстановлением извлекаемых элементов крепи после подвигания комплекса. В случае, если прочность породного прослоя, разделяющего пласт, недостаточна и происходят обрушения кровли в лаве нижней части пласта, увеличивают суммарную прочность оставляемой искусственной кровли путем оставления земника в лаве верхней части пласта, или защитной пачки полезного ископаемого в кровле лавы, работающей в нижней части пласта, или же используют сочетание этих приемов. При этом выбор рационального приема защиты породного слоя от разрушения зависит от крепости и качества пачек полезного ископаемого, непосредственно прилегающих к породному прослою снизу и сверху, исходя из экономической целесообразности потерь ископаемого и достигаемой при этом эффективности. Для того чтобы сохранять оптимальное расстояние между лавой в верхней и лавой в нижней частях пласта, определяемое эмпирически в каждом конкретном случае по величине минимальной деформации крепи выработки и сохранения породного прослоя при превышении верхней границы допустимого опережения лавы нижней части пласта левой верхней части пласта, отработку этой лавы приостанавливают и возобновляют после достижения границы опережения.

Таким образом, технический результат заявляемого решения по сравнению с прототипом заключается в повышении эффективности разработки, снижении трудоемкости выемки, крепления и поддержания концевых участков лавы, исключении необходимости подрывки почвы или оставлении земника в почве пласта для обеспечения нормального перегруза горной массы при работе лавы в нижней части пласта.

На фиг. 1 показана схема ведения очистных работ комплексно-механизированными лавами в верхней и нижней частях пласта, вид в плане; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 то же, что на фиг. 2, но с оставлением земника в лаве верхней части пласта и защитной пачки полезного ископаемого в лаве нижней части пласта; на фиг. 5 показана схема дополнительной додвижки концевых участков комплекса при превышении шага установки крепи выработки над шагом передвижения комплекса; на фиг. 6 показана схема искусственно недодвигаемых концевых участков комплекса при превышении шага передвижения комплекса над шагом крепи выработки.

В осуществлении способа участвуют пласт 1 полезного ископаемого, прослой 2 породы, разделяющий пласт, конвейерный штрек 3, вентиляционный штрек 4, постоянная крепь 5 горных выработок. Верхняя часть 6 пласта, нижняя часть 7 пласта, очистной механизированный комплекс 8, передвижной забойный конвейер 9 с головным приводом 10 со сбрасывающей головкой 11, концевой привод 12 забойного конвейера, передвижная механизированная крепь 13, выемочная машина 14, очистной забой 15 в верхней части пласта, очистной забой 16 в нижней части пласта, штрековый конвейер 17, временные стойки 18, земник 19 в лаве верхней части пласта, защитная пачка 20 в лаве нижней части пласта.

Способ осуществляется следующим образом.

У почвы мощного пласта 1 полезного ископаемого, разделенного прослоем 2 породы, проводят подготовительные выработки, конвейерный 3 штрек и вентиляционный 4 штрек высотой, позволяющей отработать пласт по всей мощности. Подготовительные выработки крепят постоянной крепью 5, например, арочного сечения. По породному прослою 2 пласт 1 делят на две части, верхнюю 6 и нижнюю 7, в каждой из которых нарезают разрезные печи, в которых монтируют очистные механизированные комплексы 8, например, типа МК-85Б, включающий передвижной забойный конвейер 9 с головным приводом 10 со сбрасывающей головкой 11 и концевым приводом 12, связанную с конвейером передвижную механизированную крепь 13 и выемочную машину 14. Выемку верхней части пласта 1 ведут очистным забоем 15 с опережением выемки нижней 7 части пласта, ведущейся очистным забоем 16, причем очистной забой 15 подвигают по прослою 2 породы, используя его как почву лавы, а очистной забой 16 подвигают под прослоем породы, используя его как кровлю лавы. Породный прослой 2 используют в качестве искусственной кровли и после прохода лавы верхней части 6 пласта, а затем нижней части 7 пласта оставляют в зоне обрушенных пород завале. Передвижку комплекса 8 в верхней 6 части пласта 1 ведут с размещением сбрасывающей головки 11 головного привода 10 в лаве без снятия элементов постоянной крепи 5 конвейерного 3 штрека. Аналогично в лаве размещают и концевой привод 12 и его передвижку производят без снятия элементов крепи вентиляционного 4 штрека. При этом из-за несовпадения шага установки крепи 5 выработки и шага передвижения механизированного комплекса 8 сбрасывающая головка 11 головного привода 10 после передвижения комплекса 8 устанавливается напротив элемента крепи 5 конвейерного штрека 3 таким образом, что перегруз горной массы с забойного конвейера 9 на штрековый конвейер 17 затруден. Для того чтобы обеспечить нормальную работу комплекса 8 в верхней 6 части пласта 1, после передвижки комплекса производят дополнительную выемку полезного ископаемого выемочной машиной 14 и последующую додвижку концевых участков комплекса со стороны конвейерного 3 и вентиляционного 4 штреков на величину превышения шага установки крепи 5 выработки над шагом передвижения комплекса таким образом, чтобы головной привод 10 со сбрасывающей головкой 11 располагался напротив промежутка между элементами крепи 5 выработки (фиг. 4). Если же шаг передвижения комплекса 8 превышает шаг установки крепи 5 выработки, то концевые участки комплекса искусственно недодвигают, опять же добиваясь того, чтобы головной привод 10 со сбрасывающей головкой 11 располагался напротив промежутка между элементами крепи 5 выработки (фиг. 5). По мере накопления дополнительных додвижек или недодвижек концевых участков комплекса 8 и искривления фронта механизированной крепи 13 лавы, располагающейся в верхней 6 части пласта 1, соответственно осуществляют периодические дополнительные выемку с помощью выемочной машины 14 и додвижку или недодвигают участок комплекса, находящийся между его концевыми участками. Этим самым производят выравнивание фронта механизированной крепи 13 очистного забоя 15 (фиг. 4 и фиг. 5 штриховыми линиями).

В нижней части 7 пласта 1 сбрасывающую головку 11 головного привода 10 забойного конвейера 9 располагают непосредственно в выработке, что требует снятия элементов постоянной штрековой крепи 5, мешающих передвижке. Поэтому непосредственно перед передвижением концевых участков комплекса 8, работающего в нижней 7 части пласта, участок крепи выработки усиливают постановкой временных стоек 18. Элементы постоянной штрековой крепи 5, находящиеся на расстоянии шага передвижениям комплекса 8, демонтируют, производят передвижение комплекса на шаг передвижки и следом за этим производят восстановление извлеченных элементов крепи выработки.

В случае, если прочность породного прослоя 2, разделяющего пласт 1 недостаточна и происходят обрушения кровли в лаве 16 нижней части пласта 7, увеличивают прочность оставляемой искусственной кровли путем оставления земника 19 в почве лавы 15 верхней части 6 пласта, или путем оставления защитной пачки 20 полезного ископаемого в кровле лавы 16 нижней части 7 пласта, или же одновременно оставляют земник 19 в лаве верхней части пласта и защитную пачку 20 в лаве нижней части пласта. Выбор рационального приема защиты породного прослоя 2 от разрушения зависит от крепости и качества пачек полезного ископаемого, непосредственно прилегающих к породному прослою снизу и сверху, исходя из экономической целесообразности потерь ископаемого и достигаемой эффективности его добычи. Чем крепче пачка полезного ископаемого, прилегающего к прослою 2 породы, тем меньшей толщины земник или защитную пачку, необходимо ставить для обеспечения прочности искусственной кровли, и чем ниже качество полезного ископаемого, тем большей толщины его слой.

Экономически целесообразно оставить в завале. Поэтому толщина земника 19 или защитной пачки 20 в каждом конкретном случае определяется расчетным путем.

Между подвиганием очистного забоя 15 верхней части 6 пласта 1 и очистным забоем 16 нижней части 7 пласта должно сохраняться оптимальное расстояние, определяемое эмпирически в каждых горногеологических условиях залегания пластов по величинам наибольшего сохранения целостности породного прослоя между частями пласта и наименьшей деформации горных выработок. Обычно допустимые границы величины опережения одной лавы другой лавой определяются с точностью ±2^oC5 м. При превышении границы допустимого опережения ±2^oC5 м лавы 16 нижней части 7 пласта 1 лавой 15 верхней части 6 пласта, отработку лавы 15 верхней части пласта приостанавливают и возобновляют после достижения нижней границы опережения. Например, оптимальное расстояние между лавами определено в 35 м, допустимая граница величины опережения ±3 м, то есть наименьшая величина опережения должна составлять 32 м, наибольшая 38 м. При превышении величины опережения 38 м отработку лавы 15 верхней части 6 пласта 1 приостанавливают и возобновляют после достижения нижней границы опережения 32 м.

Использование: разработка пластов, разделенных прослоем породы. Сущность изобретения: очистной механизированный комплекс в верхней части пласта подвигают выше прослоя породы, а в нижней части пласта очистной механизированный комплекс подвигают ниже прослоя породы. Возможны оставления земника в верхней части пласта или пачки полезного ископаемого в провал лавы нижней части пласта. Передвижку комплекса в верхней части пласта производят с дополнительной выемкой полезного ископаемого и додвижкой концевых участков комплекса или же последние недодвигают. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Способ разработки пластов полезного ископаемого с прослоем породы, включающий проведение подготовительных выработок у почвы пласта для отработки пласта по всей мощности, нарезку разрезных печей в верхней и нижней частях пласта и оснащение очистных забоев механизированными комплексами, имеющими передвижной забойный конвейер со сбрасывающей головкой, выемку верхней части пласта с опережением выемки нижней части и оставлением искусственной кровли, размещение сбрасывающей головки забойного конвейера комплекса верхней части пласта в лаве, передвижку комплекса в верхней части пласта без снятия элементов крепи выработки, отличающийся тем, что комплекс в верхней части пласта подвигают выше прослоя породы, разделяющего пласт, а комплекс в нижней части пласта подвигают ниже прослоя породы, после передвижения комплекса в верхней части производят дополнительную выемку полезного ископаемого и последующую подвижку концевых участков комплекса на величину превышения шага установки крепи выработки над шагом передвижения комплекса или же искусственно недодвигают концевые участки комплекса на величину превышения шага передвижения комплекса над шагом крепи, с установкой сбрасывающей головки напротив промежутка между элементами крепи выработки, причем по мере искривления фронта лавы соответственно осуществляют периодические дополнительную выемку и подвижку или недодвигают участок комплекса, находящийся между его концевыми участками, в нижней части пласта сбрасывающую головку лавного конвейера располагают в выработке и передвижку комплекса производят после снятия элементов крепи выработки, мешающих передвижению сбрасывающей головки забойного конвейера на шаг передвижения комплекса, следом за передвижением сбрасывающей головки производят восстановление извлеченных элементов крепи выработки.