СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ПРОХОДЧЕСКО-ДОБЫЧНОЙ КОМБАЙН ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/16 E21C27/22 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки пластов полезного ископаемого камерными системами, при разработке забалансовых запасов, в том числе опасных по динамическим явлениям.

Известен способ разработки пластов полезного ископаемого [1], заключающийся в проведении подготовительных выработок в выемочном участке, послойную выемку полезного ископаемого при камерной системе разработки прямым и обратным ходом комбайна с оставлением межкамерных целиков и транспортировку полезного ископаемого.

Недостатком этого способа является невозможность разработки мощных пластов, необходимость проведения большого числа вспомогательных выработок, отсутствие устройств для установки крепи и необходимость разворота добычного комбайна на 180^o или его холостой перегон на длину камеры.

Известен также проходческий комбайн [2] для осуществления послойной выемки полезного ископаемого при камерных системах разработки, содержащий ходовую часть и установленную на ней поворотную опору с исполнительным органом с режущим барабаном, стол для приема полезного ископаемого.

Однако такой комбайн не позволяет осуществлять разворот исполнительного органа на 180^o, поэтому требует холостых перегонов при отработке камер, не включает устройства для быстрого возведения крепи.

Известен способ разработки пластов [3], принятый за прототип, заключающийся в проведение штреков, оконтуривающих выемочный участок, выемку полезного ископаемого при прямых и обратных ходах проходческого комбайна рядом полос шириной, равной максимальной зоне захвата исполнительного органа комбайна с формированием между полосами целиков полезного ископаемого с перегрузкой горной массы в транспортное средство. Способ осуществляется с помощью проходческо-добычного комплекса, включающего комбайн, выполненный в виде гусеничного шасси с корпусом со смонтированным на нем с возможностью поворота в вертикальной плоскости исполнительным органом, передаточным конвейером, приемным устройством с наклонной плитой, скребковым конвейером, нагребающими лапами и гидроцилиндрами, транспортное средство для приема горной массы [2].

Недостатком этого способа и проходческого комплекса является невозможность его использования для пластов мощностью значительно более 4 м, а также необходимость проходки большого числа вспомогательных выработок и нарезки (ввода в работу) более, чем двух блоков для достижения достаточной производительности, т. е. характеризуется недостаточной концентрацией горных работ. Кроме этого, известный способ не позволяет проводить добычные и проходческие работы без дополнительных средств по предупреждению динамических явлений (ДЯ).

Задачей изобретения является отработка пластов любой мощности, в том числе опасных по ДЯ (удары, выбросы) и с пластичными, неустойчивыми слоистыми кровлями, а также пучащими почвами, повышение эффективности их отработки и формирование выработок с любой конфигурацией кровли.

Это достигается тем, что полезное ископаемое вынимают в камерах в нисходящем порядке при погоризонтной (послойной) отработке пласта в пределах выемочного участка на всю мощность пласта, причем выемочные штреки проходят с панельных выработок последовательно в нисходящем порядке с подрывкой с углом наклона до 18^o, а параметры выемочного участка определяют из выражения:
П_в.уч.≤ (T•a_уст•v_k)/η (м²),
где П_в.уч.. - площадь выемочного участка, м²;
Т - время отработки пласта, сутки;
а_уст - показатель устойчивости комплекса "кровля-целик", м;
η - количество отрабатываемых горизонтов;
V_k - скорость проходки, м/сут.

При проходке подготовительных выработок в породах ниже средней устойчивости выработку крепят кассетной временной крепью.

Проходческо-добычной комбайн для осуществления способа содержит ходовую часть и установленные на ней поворотную опору с исполнительным органом с режущим барабаном, столы для приема полезного ископаемого, отличающийся тем, что исполнительный орган комбайна снабжен двумя рукоятями с выдвижными стрелами, расположенными симметрично относительно продольной оси комбайна и содержащими барабаны с встроенными в них индивидуальными приводами, причем барабаны установлены с возможностью разворота вокруг продольной оси выдвижных стрел рукоятей и качательных движений в вертикальной плоскости, перпендикулярной к продольной оси комбайна, а выдвижные стрелы и столы для приема полезного ископаемого снабжены телескопическими гидроцилиндрами, шарнирно связанными соответственно с горизонтальными частями рукоятей и корпусом комбайна.

Поворотная опора снабжена выдвигаемым режущим баром, качающимся в плоскости продольной оси комбайна и устройством для установки кассеты временной крепи, включающем платформу с направляющими, тележку с телескопической рукоятью и каретку.

На фиг. 1 показан прямой ход комбайна в первом слое камеры; на фиг. 2 - обратный ход комбайна; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез 5-5 на фиг. 1; на фиг. 5 - порядок отработки забоя исполнительным органом; на фиг. 6 - проходческий комбайн в продольном разрезе; на фиг 7 - вид спереди; на фиг. 8 - план; на фиг. 9 - положение исполнительного органа и бара при проходке и добыче; на фиг. 10 - положение бара при опережающем резе.

Способ разработки пластов полезного ископаемого предназначен для использования при камерной системе с блоковой подготовкой, включающей конвейерный 1 и вентиляционный 2 штреки, оконтуривающие выемочный участок, верхний слой (горизонт) 3 камер, имеющий арочное сечение, междукамерные целики 4, панельную выработку 5, камеры прямоугольного сечения второго 6 и третьего 7 слоя (горизонта), наклонную часть подготовительной выработки 8 при подготовке второго слоя (горизонт) 6 в камерах.

Отработка слоев (горизонтов) 3, 6, 7 в камерах и проходка штреков 1, 2 осуществляется проходческо-добычным универсальным комбайном (ПДКУ) 9 с перегрузкой горной массы на бункер-перегружатель 10 и в транспортное средство 11, например самоходные вагоны, с последующей перегрузкой на штрековую транспортную систему 12.

Проходческо-добычной комплекс состоит из комбайна 9, бункера-перегружателя 10 и транспортного средства 11 (фиг. 1, 2). Комбайн (фиг. 6, 7, 8) выполнен в виде гусеничного шасси 13 со смонтированной на корпусе полноповоротной в плоскости опирания 14 башней 15, на которой расположена левая 16 и правая 17 рукояти исполнительного органа, а также выдвигаемый бар 18 с приводом 19. Каждая из рукоятей 16 и 17 имеет выдвижные стрелы 20, состоящие из шарнирно (21) соединенных частей. Забойная часть стрелы 22 имеет механизм разворота 23 барабанов (шнеков) 24 вокруг продольной оси рукояти и гидроцилиндры 25, осуществляющие качающее движение барабанов (шнеков) 24 совместно с осями их крепления. Барабаны (шнеки) 24 имеют встроенный индивидуальный привод.

Выдвижной бар 18 установлен в направляющих балках 26 и имеет возможность выдвигаться на забой совместно с приводом 19 с помощью привода подачи 27, например в виде цевочного зацепления. Бар 18 с помощью гидроцилиндра (на чертеже не показан) имеет возможность совершать качающиеся движение вокруг оси 28 в плоскости, перпендикулярной плоскости почвы 14 и в направлении продольном оси комбайна.

В корпусе комбайна 9 расположен изгибающийся скребковый конвейер 29, приводные звездочки 30 которого вынесены на симметричные, расположенные в передней и задней части комбайна, приемные столы 31 и 32, шарнирно (36) закрепленные на корпусе комбайна. Приемные столы 31 и 32 посредством гидроцилиндров соответственно 33 и 34 могут быть переведены из нижнего положения (под шнеком 24) в верхнее (в задней части комбайна).

Башня 15 установлена на корпусе комбайна в поворотной опоре (погоне) 35 с приводом.

На корпусе комбайна 9 на опоре 35 над выдвижным баром 18 с приводом 19 и системой направляющих (выдвижных секций) 26 с приводом подачи 27 между рукоятями 16 и 17 располагается устройство для возведения временной и постоянной крепи, состоящее из платформы 37 с направляющими 38, в которых перемещается тележка 39 с помощью привода 40 с размещенной на ней телескопической рукоятью 41 и приводом 42, посредством которого рукоять 41 совершает качательные движения вокруг оси крепления к тележке 39. На конце рукояти 41 смонтирована каретка 43, имеющая возможность совершать качательные движения вокруг оси крепления 44 к рукояти 41 с помощью системы силовых гидроцилиндров 45. На каретке 43 предусмотрены устройства для размещения приспособления для анкерного крепления пород кровли (типа АК) и крепления выработок кассетной крепью 46 для постоянного крепления, располагаемой за комбайном и 47 для временного крепления, располагаемой над комбайном.

Способ разработки мощных, в том числе опасных по динамическим (газодинамическим) явлениям и с пластичными, неустойчивыми слоистыми кровлями, а также пучащими почвами, пластов полезного ископаемого реализуется с помощью проходческо-добычного комплекса, включающего комбайн (ПДКУ) 9 с выдвижным качающимся баром 18, бункер-перегружатель 10, транспортное средство 11.

При этом параметры выемочного участка определяются по формуле, позволяющей выбрать рациональные и безопасные условия ведения очистных работ:
П_в.уч.≤ (T•a_уст•v_k)/η (м²),
где П_в.уч. - площадь выемочного участка, м²;
T - время отработки пласта, сут;
а_уст - показатель устойчивости комплекса "кровля-целик", м;
η - количество отрабатываемых горизонтов;
V_k - скорость проходки, м/сут.

Вентиляционный 2 и конвейерный 1 штреки для нарезки блока (фиг. 1) и отработки первого слоя (горизонта) 3 камер проходятся комбайном 9 с панельной выработки 5. В случае работы на опасных по ДЯ пластах перед началом отработки забоя барабаном (шнеком) 24 производится опережающий рез баром 18, при этом снижается напряженное состояние массива, работы при этом ведутся в следующем порядке. Комбайн 9 устанавливается по центру выработки, максимально придвинутый к забою, шнеки 24 стрел 20 гидроцилиндрами 25 удерживаются в горизонтальном положении (положение 1 фиг. 9), а сами стрелы 20 находятся в максимально вдвинутом положении относительно рукоятей 16 и 17 так, что шнеки 24 упираются в забой. Посредством привода подачи 27 бар 18 в направляющих балках 26 выдвигается на забой, при этом режущая цепь приводится в движение приводом 19. Консольно выдвинутый бар 18, заглубленный на полную длину (положение I на фиг. 10), посредством гидроцидиндра начинает осуществлять круговой рез, перемещаясь относительно шарнира 28, поднимаясь до тех пор, пока высота реза превысит высоту выработки (положение II фиг. 10). Затем, бар 18 опускается в рабочем режиме до положения, когда начинает разрушаться почва (положение III фиг. 10), после этого бар 18 переводится в горизонтальное положение и перемещается в нерабочее (транспортное) положение приводом 27.

Выемка породы (угля) в забое осуществляется по различным схемам, зависящим от вида сечения выработки.

При проходке выработок (камер) по полезному ископаемому с f < 4 квадратного сечения (зона "0" на фиг. 5) отбойка производится только с помощью гидроцилиндра 25 в вертикальной плоскости, гидроцилиндрами телескопического выдвижения стрел 20, а отбойка целиков, оставшихся между барабанами (шнеками), производится поворотом башни 15 с помощью механизма поворотного круга 35.

При проходке выработок по породе с f < 4, сечение которых отличается от трапециевидного или прямоугольного, необходимо выполнить дополнительные движения исполнительным органом по отбойке зон "Л, К, П" (фиг. 5). Для отбойки породы в правой части зоны "К" (фиг. 5) барабаны (шнеки) 24 с помощью стрелы 20 рукояти 17 с помощью гидроцилиндров телескопического действия выводятся из контакта с забоем, барабаны (шнеки) 24 поворачиваются вокруг продольной оси стрелы 20 механизмом 23, затем отрабатывается зона "К" с использованием гидроцилиндров телескопического выдвижения, цилиндров качания стрелы 25 и механизма поворотного круга 35. В это время стрела 20 рукояти 18 втянута во внутрь последней и опущена. Левая часть зоны "К" (фиг. 5) отрабатывается рукоятью 16. Зона "П" (фиг. 5) отрабатывается правой рукоятью 17 при втянутой стреле 20 в левую рукоять 16, забойная часть 22 которой находится в горизонтальном положении.

Отбитая порода попадает на приемный стол 31 (опущенный) и транспортируется конвейером 29 в заднюю часть комбайна 9, где поступает на приемный стол 32 (поднятый). Далее грузопоток проходит бункер-перегружатель 10 и попадает в транспортное средство 11.

Крепление проводимых выработок осуществляется с помощью устройства для возведения временной и постоянной кассетной крепи. Возведение временной крепи осуществляется следующим образом: тележка 39 по направляющим 38 платформы 37 перемещается в направлении приемного стола 32, находящегося в верхнем положении, при этом телескопическая рукоять 41 находится в горизонтальном положении и выдвинута на необходимую длину в направлении приемного стола 32. На каретку 43 помещается верхняя секция арочной крепи и тележка 39 по направляющим 38 платформы 37 перемещается в направлении приемного стола 31, находящегося в нижнем положении, при этом телескопическая рукоять 41 поворачивается вокруг оси крепления к тележке 39 в том же направлении, каретка 43 с верхней секцией крепи прижимается к кровле выработки за барабанами (шнеками) 24 и удерживается в этом положении, пока не будут смонтированы боковые стойки крепи. Постоянная кассетная крепь аналогичным образом возводится за комбайном 9 . Анкерная крепь возводится с помощью приспособления для анкерной крепи, монтируемого на каретке 43 с помощью специального устройства.

Добычные работы в слоях (горизонтах) 3 (6, 7) камер ведутся аналогично проходке камер 1, 2, при этом при проходке первого слоя (горизонта) 3 камер арочного сечения производится анкерное крепление кровли.

При добычных работах в присечку в камерах слоя (горизонта) (фиг. 1, 2), комбайн 9 не имеет холостых перегонов. После выхода на штрек 2 барабаны (шнеки) 24 гидроцилиндрами 25 приводятся в положение IV (фиг. 9), башня 15 комбайна 9 разворачивается на 180^o, приемный стол 31 из нижнего положения переводится в верхнее, а стол 32 - из верхнего в нижнее, шнеки 24 переводятся в рабочее положение 1, 11 (фиг. 9), осуществляется зарубка и работа по добыче в присечку.

После окончания добычных работ по отработке камер первого слоя (горизонта) 3 камер во всем участке, комбайн 9 перегоняется по штреку 1(2) на панельную выработку 5 и производит проходку наклонной части 8 выработки 1(2) для подготовки блока и отработки камер второго слоя 6 (прямоугольного сечения) (фиг. 3, 4). При этом комбайн 9 осуществляет подрывку почвы в выработке 8 с помощью барабанов (шнеков) 24, опущенных в положение 11 (фиг. 9) при предельно выдвинутых стрелах 20 относительно рукоятей 16, 17. Отработка (подрывка) почвы 14 (фиг. 1, 4, 9, 10) производится комбайном 9 при последовательном увеличении глубины подрывки на расстояние от выработки 5 до блока таким образом, что при подходе к блоку (фиг. 4) высота слоя 6 камер должна быть в пределах 3 - 4 м. Угол заглубления (падения) штреков 1, 2 в их частях 8 не должен превышать 18^o по условию нормальной работы конвейерного транспорта 12. Далее комбайн 9 осуществляет отработку слоя (горизонта) 6 во всех камерах в пределах выемочного участка. Аналогично производится подготовка следующего горизонта выемочного участка к добыче и собственно добыча при заглублении на слой (горизонт) 7 камер выемочного участка и более нижних слоев (горизонтов) при выемке пласта на всю мощность.

При ведении добычных работ в выработках с пучащими почвами их подрывка осуществляется комбайном 9 при установке шнеков в положение 11 (фиг. 9).

Отличительные признаки изобретения позволяют повысить эффективность отработки мощных пластов за счет повышения концентрации горных работ, а также обеспечить высокую эффективность и безопасность выработок на пластовых месторождениях по пластам, опасным по динамическим явлениям (удары, выбросы), при наличии неустойчивых слоистых, пластинчатых пород в кровле и пучащих почв за счет использования проходческо-добычного комбайна (ПДКУ) с универсальным исполнительным органом, активно воздействующим на геомеханические параметры призабойного массива и формирующим выработки с необходимой конфигурацией сечений.

Способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых и проходческо-добычной комбайн для его осуществления. Сущность изобретения: выемку полезного ископаемого осуществляют камерами послойно при погоризонтной отработке слоев в нисходящем порядке с проходкой выемочных штреков с панельных выработок последовательно с подрывкой с углом наклона до 18 градусов. Проходческо добычной комбайн включает ходовую часть и установленную на ней поворотную опору с исполнительным органом избирательного типа, выполненного в виде двух телескопически выдвижных рукоятей с установленными на них барабанами ограниченной ширины с встроенными индивидуальными приводами и имеющими возможность совершать качательные движения совместно с осями из крепления в плоскости, параллельной забою. Кроме того имеется режущий бар, качающийся в плоскости продольной оси выработанного пространства и устройство для возведения крепи. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ разработки пластовых месторождений полезного ископаемого, заключающийся в проведении подготовительных выработок в выемочном участке, послойную выемку полезного ископаемого при камерной системе разработки прямым и обратным ходом комбайна с оставлением межкамерных целиков, крепление выработанного пространства и транспортировку полезного ископаемого, отличающийся тем, что полезное ископаемое вынимают в камерах в нисходящем порядке при погоризонтной отработке пласта в пределах выемочного участка на всю мощность пласта, причем выемочные штреки проходят с панельных выработок последовательно в нисходящем порядке с подрывкой с углом наклона до 18^o. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметры выемочного участка определяют из выражения
П_{в . у ч} ≤ (Т • а_у с т • v_к)/n,
где П_{в . у ч} площадь выемочного участка, м²;
Т время отработки пласта, сутки;
а_уст показатель устойчивости комплекса кровля целик, м;
n количество отрабатываемых горизонтов;
v_к скорость проходки, м/сутки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при проходке подготовительных выработок в породах ниже средней устойчивости выработку крепят кассетной временной крепью. 4. Проходческо-добычной комбайн для осуществления способа, содержащий ходовую часть и установленные на ней поворотную опору с исполнительным органом с режущим барабаном, столы для приема полезного ископаемого, отличающийся тем, что исполнительный орган комбайна снабжен двумя рукоятями с выдвижными стрелами, расположенными симметрично относительно продольной оси комбайна и содержащими барабаны с встроенными в них индивидуальными приводами, причем барабаны установлены с возможностью разворота вокруг продольной оси выдвижных стрел рукоятей и качательных движений в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси комбайна, а выдвижные стрелы и столы для приема полезного ископаемого снабжены телескопическими гидроцилиндрами, шарнирно связанными соответственно с горизонтальными частями рукоятей и корпусом комбайна. 5. Комбайн по п.4, отличающийся тем, что поворотная опора снабжена выдвигаемым режущим баром, качающимся в плоскости продольной оси комбайна, и устройством для установки кассеты временной крепи, включающем платформу с направляющими, тележку с телескопической рукоятью и каретку.