СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при вскрытии, подготовке и отработке пологих и наклонных угольных пластов, размещенных в уклонных полях большой протяженности по простиранию и падению.

Известен способ панельной разработки пологих пластов полезных ископаемых, включающий деление шахтного поля на панели, проведение главных откаточных и выемочных штреков, центральных панельных уклонов (бремсбергов) с ходками, разделяющих панель на два крыла, и отработку пласта в каждом крыле панели длинными столбами по протиранию, начиная от флангов с сторону центральных панелей выработок [1].

Однако при таких технологических схемах выемку полезного ископаемого в крыльях ведут до охраняемых центральные панельные выработки предохранительных целиков, что способствует увеличению потерь полезного ископаемого в недрах земли. Практика показала, что извлечение целиков угля после отработки запасов в крыльях панели приводит к увеличению себестоимости одной тонны добываемого полезного ископаемого по сравнению с себестоимостью полученной при отработке пласта в крыльях панели лавами, оборудованными механизированными комплексами в 2,5 - 10 раз. Кроме того, малая протяженность крыльев уклонных полей (в среднем 820 м) приводит к частым перементажам механизированных комплексов. Затраты на перевод оборудования современных комплексов из старой лавы в новую достигают 20% стоимости комплекса, что повышает трудоемкость работ и себестоимость добываемого угля. При этом снижается добыча угля на лаву за счет увеличения времени, затраченного на монтажно-демонтажные и транспортные работы, на заводку накатника и раскачку лавы во время пуска ее в работу.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ разработки пологих и наклонных пластов полезных ископаемых, включающий деление шахтного поля на панели, проведение наклонных выработок и выемочных штреков и отработку пласта лавами, начиная от нижней границы шахтного поля, с последовательным вводом в действие вышерасположенных лав по одной между смежными параллельными наклонными выработками и образование уступного фронта отработки, в котором наклонные выработки проводят по пласту полезного ископаемого с дневной поверхности проводят по пласту полезного ископаемого с дневной поверхности под углом к выемочным штрекам, а отработку пласта ведут с переходом лавами наклонных выработок [2].

Однако данным способом не предусматривается отработка пологих и наклонных пластов полезных ископаемых выемочными полями большой протяженности одновременно по простиранию и падению, что снижает эффективность и область его применения. При отработке выемочных полей большой протяженности по простиранию и падению появляются дополнительные затраты на доставку материалов, оборудования и людей по наклонным выработкам и выемочным штрекам, а также повышаются затраты на их поддерживание.

Решаемой задачей и целью изобретения является изыскание эффективного способа разработки пологих и наклонных пластов угля, размещенных в уклонных полях большой протяженности по простиранию и падению, сокращение длины доставки материалов, оборудования, людей и угля по горным выработкам, а также снижение затрат на поддерживание горных выработок, повышение нагрузки на лаву и снижение себестоимости добываемого угля.

Указанная цель достигается тем, что в способе разработки пологих и наклонных пластов полезных ископаемых, включающем деление шахтного поля по простиранию на панели (части), проведение в середине панели по пласту полезного ископаемого под углом к выемочным штрекам промежуточных наклонных выработок (конвейерного и вспомогательного уклонов) и отработку пласта способами с переходом лавами наклонных выработок, шахтное (уклонное) поле большой протяженности по простиранию и падению делят как по простиранию, так и по падению на части путем проведения дополнительных наклонных выработок (уклонов) и выемочных штреков, причем дополнительные наклонные выработки со стороны заднего фланца проводят в верхней части поля от плавных штреков до выемочных штреков, разделяющих поле по падению на части, а со стороны переднего фланга в нижней части поля от выемочных штреков, разделяющих поле по падению части, до нижней границы поля, а отработку пласта ведут длинными столбами с переходом очистными забоями: в нижней части поля вначале промежуточных, а затем дополнительных уклонов, а в верхней части поля - в начале дополнительных, а затем промежуточных уклонов. Кроме того, при разработке пластов угля, выходящих под насосы и месторождений полезных ископаемых открыто-подземными работами, промежуточные наклонные выработки, проводимые по пласту угля до нижней границы поля, и дополнительные наклонные выработки, располагаемые со стороны заднего фланга в верхней части поля, проводят по пласту угля или дневной поверхности, или от почвы карьеры.

На фиг. 1 показан пример осуществления способа при разработке полого угольного пласта, размещенного ниже рабочего горизонта действующей шахты; на фиг. 2 - разрез абв на фиг. 1; на фиг. 3 показан пример осуществления способа при вскрытии угольного пласта с дневной поверхности; на фиг. 4 - разрез абв на фиг. 3; на фиг. 5 показан пример осуществления способа при открытоподземной разработке пологих и наклонных угольных пластов; на фиг. 6 - разрез абв на фиг. 5.

На фиг. 1 - 6 обозначены 1, 2 - верхняя и нижняя части панелей шахтного поля, расположены по падению пласта; 3, 4, 5 - части шахтного поля, размещены по простиранию пласта в верхней и нижней частях панелей; 6, 7 - главные штреки, конвейерный и вспомогательный (фиг. 1, 2), пройдены по пласту угля в верхней части 1 шахтного поля; 8 - очистной забой (очистная выработка); 9, 10 - передний и задний фланги шахтного поля; 11, 12 - вспомогательный и конвейерный уклоны, пройдены по пласту угля на переднем фланге 9 от главных штреков 6, 7 (фиг. 1, 2) или с поверхности 13 (фиг. 2, 3), или от почвы 14 карьера 32 (фиг. 5, 6) до нижней границы 15 шахтного поля; 16 - водоотлив; 17, 18 - промежуточные наклонные выработки, вспомогательный и конвейерный уклоны, пройдены по пласту угля под углом β = 30-60^° к выемочным штрекам 19 в направлении заднего фланга 10 от главных штреков или с поверхности, или от почвы карьера до нижней границы 15 шахтного поля; 20, 21 - дополнительные наклонные выработки, вспомогательный и конвейерный уклоны, пройдены со стороны заднего фланга с поверхности, или от почвы карьера до выемочных штреков 22, разделяющих указанную панель по падению на части 1, 2; 23, 24 - дополнительные наклонные выработки, вспомогательный и конвейерный уклоны, пройдены по пласту угля со стороны переднего фланга 9 в нижней части передней панели от выемочных штреков 25, разделяющих указанную панель по падению пласта на части 1, 2 до нижней границы 15 шахтного поля; 26 - шлюзовые перемычки; 27, 28 - конвейерный и вспомогательный квершлаги действующей шахты, пройдены на различных уровнях (фиг. 1, 2); 29 - галеря, оборудована конвейерами (фиг. 3, 4); 30 - пром. площадка; 31 - отработанный пласт; 32 - карьер (фиг. 5, 6); l_оч - длина очистного забоя (очистной выработки), м; L_ш, L_в.с - длина шахтного поля и выемочных столбов по простиранию пласта, км (фиг. 3, 4).

Способ осуществляется следующим образом.

При разработке пологих и наклонных пластов полезных ископаемых большой протяженности по падению и простиранию на переднем фланге 9 шахтного поля или от главных штреков 6, 7 (фиг. 1, 2), или с поверхности 13 (фиг. 3, 4), или от почвы 14 карьера 32 (фиг. 5, 6) до нижней границы 15 шахтного поля проводят вспомогательный 11 и конвейерный 12 уклоны и оборудуют водоотлив 16. В середине шахтного поля под углом β к выемочным штрекам 19 проводят промежуточные наклонные выработки, вспомогательный 17 и конвейерный 18 уклоны, разделяющие шахтное поле на заднюю и переднюю панели, которые дополнительно делят как по падению, так и по простиранию на части 1, 2 и 3, 4, 5 путем проведения дополнительных наклонных выработок 20, 21 и 23, 24 и выемочных штреков 22 и 25.

Дополнительные наклонные выработки 20, 21 со стороны заднего фланга 10 проводят в верхней части 1 задней панели до выемочных штреков 22, разделяющих указанную панель по падению пласта на части 1, 2, а со стороны переднего фланга 9 дополнительные наклонные выработки 23, 24 проводят в нижней части 2 передней панели от выемочных штреков 25, разделяющих указанную панель по падению пласта на части 1, 2, до нижней границы 15 шахтного поля.

Отработку пласта ведут длинными столбами по простиранию с переходом очистными забоями 8 в нижней части 2 шахтного поля - вначале промежуточных 17. 18, а затем дополнительных 23, 24 наклонных выработок, а в верхней части 1 шахтного поля - вначале дополнительных 20, 21, а затем промежуточных 17, 18 наклонных выработок.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытоподземным способом (фиг. 5, 6) или пластов угля, выходящих под наносы (фиг. 3, 4),фланговые 11, 12 и промежуточные 17, 18 наклонные выработки, вскрывающие уклонное поле до нижней границы 15, и дополнительные наклонные выработки 20. 21, расположенные со стороны заднего фланга 10 в верхней части 1 поля, проводят с дневной поверхности (фиг. 3, 4) или от почвы карьера 14 (фиг. 5, 6).

Расстояние между конвейерным и вспомогательными уклонами промежуточных и дополнительных наклонных выработок принимают X = 60 - 200 м из расчета возможностей установки между ними шлюзовых перемычек 26, обеспечивающих доставку материалов, оборудования и людей при помощи доставочных средств и рабочего давления на крепление выработок во время перехода очистными забоями наклонных выработок. Выемочные поля отрабатывают столбами большой протяженности по простиранию без перемонтажей оборудования механизированных комплексов с переходом очистными забоями 8: в нижней части поля - в начале промежуточных наклонных выработок 17, 18 и затем дополнительных наклонных выработок 23, 24, а в верхней части 1 поля - в начале дополнительных наклонных выработок 20, 21, а затем промежуточных наклонных выработок 17, 18.

Условия применения предлагаемого способа:
Вынимаемая мощность пласта, (слоя), m - 1-4,5 м
Угол падения пласта, α - 0-30^o
Длина шахтного (уклонного) поля (L_ш) и выемочного столба (L_в.с) по простиранию - До 5 км
Длина шахтного (уклонного) поля по падению - До 2 км
Угол заложения промежуточных и дополнительных наклонных выработок к выемочным штрекам, β - 30-60^o
Расстояние между конвейерным и вспомогательным уклонами, X - 60-120 м
Пожароопасность угольного пласта - Любая
Газоносность пласта - Любая
Система разработки - Длинные столбы по простиранию с переходом лавами наклонных выработок
Способ управления кровлей - Полное обрушение
Расчетные показатели:
Вынимаемая мощность пласта (слоя), m - 3,2 м
Объемный вес угля, γ - 1,35 т/м³
Угол падения пластов, α - 16^o
Длина шахтного поля: по простиранию, L_ш - 4050 м
по падению, L_пад. - 1250 м
Угол залегания промежуточных и вспомогательных наклонных выработок к выемочным штрекам, β - 47^o
Расстояние между конвейерным и вспомогательным уклонами, X - 200 м
Длина выемочного столба по простиранию, L_в.с - 4000 м
Длина очистной выработки, l_оч - 156 м
Промышленные запасы: шахтного поля, Q_ш - 20,7 млн.т
выемочного столба, Q_в.с - 2,6 млн.т
Подвигание очистного забоя, V_оч.мас - 160 м/мес
V_оч.год - 1920 м/год
Добыча угля, А_мес - 103650 т/мес
А_год - 1244160 т/год
Численность трудящихся, Т - 240 чел.

Производительность труда на одного трудящегося, P - 432 т/мес
Эксплуатационные потери угля, q - 4%
Годовой экономический эффект от реализации предложения, Э_г - 10 млн. руб.

Реализация предлагаемого способа в Кузбассе возможна на 63 угольных пластах при одновременной работе 10 шахтоучастке, при этом экономический эффект составит около 100 млрд. руб. в год.

Высокие технико-экономические показатели работы шахтоучастков при реализации предлагаемого способа разработки пологих и наклонных угольных пластов достигаются за счет:
- сокращения затрат на монтажно-демонтажные и транспортные работы;
- увеличения времени непрерывной работы механизированных комплексов за счет технологического удлинения выемочных столбов по простиранию. Эффект достигается без дополнительных вложений, а путем применения серийно выпускаемой отечественной техники и использования внутренних резервов, заложенных в технологических схемах, позволяющих вести отработку выемочных участков большой протяженности без капитального ремонта выемочных штреков и перемонтажей оборудования механизированных комплексов. Длина уклонного поля по простиранию принимается такой, чтобы механизированные комплексы полностью использовали свой технический ресурс и после отработки столба списывались. Не исключается возможность во время ведения выемочных работ замены износившихся углов комбайнов, забойного конвейера, гидросистемы, а также отдельных секций крепей и конвейера на новые.

- значительно сокращение объема проводимых горных выработок;
- полной конвейеризации от забоев до угольного склада;
- надежной вентиляции выемочных участков путем обособленного их проветривания;
- очистки загрязненной воды в шахтных условиях путем пропуска ее через выработанное пространство;
- значительного сокращения потери полезного ископаемого в недрах земли путем отработки целиков угля охраняемых наклонных выработок.

В способе разработки пологих и наклонных пластов полезных ископаемых, включающем деление шахтного поля по простиранию на панели, проведение на ее границах по пласту под углом к выемочным штрекам промежуточных наклонных выработок и отработку пласта столбами с переходом очистными забоями наклонных выработок, вспомогательный и конвейерный уклоны, проходят в середине поля деля на заднюю и переднюю панели, которые дополнительно делят как по падению, так и по простиранию на части путем проведения дополнительных наклонных выработок. Отработку пласта ведут длинными столбами по простиранию с переходам очистными забоями в нижней части шахтного поля - вначале промежуточных наклонных выработок, а затем дополнительных, а в верхней части шахтного поля - вначале дополнительных, а затем промежуточных наклонных выработок. При разработке пластов, выходящих под наносы и открытоподземными работами, наклонные выработки, располагаемые со стороны заднего фланга верхней части панели, проводят с дневной поверхности или от почвы карьера. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ разработки пологих и наклонных пластов полезных ископаемых, включающий деление шахтного поля по простиранию на панели, проведение на границах панелей по пласту под углом к выемочным штрекам промежуточных наклонных выработок и отработку пласта столбами с переходом очистными забоями промежуточных наклонных выработок, отличающийся тем, что промежуточные наклонные выработки, вспомогательный и конвейерный уклоны проходят в середине шахтного поля между задней и передней панелями, которые дополнительно делят как по падению, так и по простиранию на части путем проведения дополнительных наклонных выработок и выемочных штреков, причем дополнительные наклонные выработки со стороны заднего флага проводят в верхней части задней панели до выемочных штреков, разделяющих указанную панель по падению пласта на части, а со стороны переднего фланга - в нижней части передней панели от выемочных штреков, разделяющих указанную панель по падению пласта на части, до нижней границы шахтного поля, а отработку пласта ведут данными столбами с переходом очистными забоями в нижней части шахтного поля - вначале промежуточных, а затем дополнительных наклонных выработок, а в верхней части шахтного поля - вначале дополнительных, а затем промежуточных наклонных выработок. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разработке пластов, выходящих под наносы и открытоподземными работами, промежуточные наклонные выработки и дополнительные наклонные выработки, располагаемые со стороны заднего фланга верхней части панели, проводят с дневной поверхности или от почвы карьера.