СПОСОБ И АГРЕГАТ ДЛЯ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2002 года по МПК E21D23/06 E21D23/03 

Изобретение относится к горному делу, а именно к механизированным крепям очистных забоев, предназначенным для выемки угля из мощных пластов при подземной отработке месторождений.

Известен способ отработки мощных месторождений механизированным комплексом с выпуском обрушенного угля из межслоевой толщи (см., например, Труды международного симпозиума по современной горной технологии, октябрь, 1988 г. , Китай с. 198-205, фиг.10, 11), включающий выемку почвенной толщи механизированным комплексом с выдачей угля забойным скребковым конвейером, обрушение межслоевой толщи угля, индивидуальный выпуск обрушенного угля на завальный скребковый конвейер под действием собственного веса через окна, расположенные около почвы в каждой секции завального щита механизированной крепи, транспортировку угля из межслоевой толщи завальным скребковым конвейером.

Недостатком известного способа отработки являются большие потери угля из межслоевой толщи за счет перемешивания его с налегающими обрушенными породами кровли при образовании множества индивидуальных потоков угля. Захват потоками угля пород кровли из приграничной зоны ведет к повышению зольности, увеличению трудоемкости управления движущимся потоком из очистного пространства. Наличие дополнительного завального скребкового конвейера усложняет механизированный комплекс, увеличивает его длину (без увеличения производительности), что требует дополнительных затрат на изготовление и эксплуатацию механизированной крепи.

Наиболее близким по технической сущности является способ выемки мощных пластов с выпуском угля из подкровельной толщи (см., например, Ф. Пера, К. Шимон, Й. Немет, Й. Корбуй. Разработка механизированных крепей нового типа. Сб. трудов "Механика горных пород и механизированные крепи" - Новосибирск, ИГД СО РАН СССР, 1985, с. 165-177, рис. 7). Способ включает выемку почвенной толщи комбайном с использованием секционной механизированной крепи, подготовку межслоевой толщи угля к самообрушению, выпуск угля этой толщи после обрушения через проемы перекрытий секций механизированной крепи и транспортировку угля из межслоевой толщи забойным скребковым конвейером.

Недостатками известного технического решения являются большие потери угля и засорение его обрушенными породами. Выпуск угля ведут последовательно через проемы (отверстия) перекрытий секций механизированной крепи, расположенные на одной прямой, при этом не менее чем с трех сторон зона потока угля контактирует с обрушенными породами. Здесь зона потока угля небольшого поперечного сечения, уголь раздроблен неравномерно, в процессе выпуска возможны зависания угля, что ведет к искажению траектории потока и "прихвату" пустых пород из приграничных зон. В ограниченную по размерам зону потока угля повышенной крупности могут внедряться с боков более текучие обрушенные породы. При зависании угля на большой высоте возможен прорыв породы с боков, что приводит к потерям угля над проемом перекрытия.

Известен агрегат для выемки мощных пластов угля, реализующий указанный способ выемки мощных пластов с выпуском угля из подкровельной толщи, включающий комбайн, забойный скребковый конвейер, секционную механизированную крепь, каждая секция которой состоит из перекрытия, шарнирно связанного с рамой, основания, гидростоек, верхняка с противоотжимным экраном, шарнирно закрепленного на перекрытии и связанного с ним гидродомкратом управления, гидродомкраты передвижения, установленные на основания, углеспускной люк, установленный в проеме перекрытия с возможностью поворота в вертикальной плоскости гидростойкой управления.

Недостатком данного технического решения является сложность обеспечения качественного закрытия углеспускного люка из-за трудности управления им, что не позволяет своевременно остановить выпуск и обеспечить безопасность технологии выпуска.

Наиболее близкой по технической сущности является секция механизированной крепи (см., например, а.с. СССР 1830420, Е 21 D 23/00, БИ 28, 1993 г. ), включающая перекрытие, шарнирно связанное с основанием траверсами и гидростойками, верхняк с противоотжимным экраном, шарнирно закрепленный на перекрытии и связанный с ним гидродомкратом управления, гидродомкраты передвижения, установленные на основании, углеспускной люк, установленный в проеме перекрытия с возможностью поворота в вертикальной плоскости гидростойкой управления, плитовой затвор и стержневые скалыватели, установленные в боковых пазах перекрытия. Секция крепи снабжена телескопическим щитом и фиксатором, перекрытие выполнено с дополнительным завальным проемом, в котором установлен телескопический щит с возможностью выдвижения посредством гидродомкрата. Плитовой затвор установлен на углеспускном люке с возможностью относительного поворота и взаимодействия в конечном положении с фиксатором, который закреплен на перекрытии. При этом стержневые скалыватели шарнирно закреплены на боковых сторонах углеспускного люка.

Недостатками известного технического решения являются большие потери угля и засорение его обрушенными породами за счет выпуска угля последовательно через каждый люк в секциях механизированной крепи и неуправляемость самообрушением угля из межслоевой толщи.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение потерь угля при добыче, уменьшение зольности (засорения вмещающими породами) за счет создания регулируемого с дозированным выпуском общего потока угля над механизированным комплексом.

Поставленная задача решается тем, что в способе для выемки мощных угольных пластов, включающем выемку почвенной толщи комбайном с использованием секционной механизированной крепи, подготовку межслоевой толщи угля к самообрушению, выпуск угля этой толщи после обрушения через проемы перекрытий секций механизированной крепи и транспортировку угля из межслоевой толщи забойным скребковым конвейером, согласно техническому решению выпуск угля из межслоевой толщи ведут группой одновременно работающих регулируемых по производительности питателей, установленных в проемах перекрытий секций механизированной крепи с образованием над секциями механизированной крепи в межслоевой толще одного общего потока угля, скорость движения которого регулируют производительностью питателей, а транспортировку угля от всех одновременно работающих питателей производят одним забойным скребковым конвейером.

Исследованиями установлено, что если выпускные отверстия рассредоточить по площади, а расстояние между центрами подобрать таким образом, чтобы зоны потока пересекались, то при одновременном дозированном выпуске сыпучего материала в пространстве над выпускными отверстиями образуется единый поток движущегося сыпучего материала.

Если выпускные отверстия расположены па одной прямой, то в нижней части поток по форме представляется в виде овала (эллипса), постепенно переходящего в крут на высоте, ориентировочно равной расстоянию между крайними выпускными отверстиями. Если выпуск вести из каждого выпускного отверстия одновременно, то в пространстве над этими отверстиями образуется несколько (согласно количеству выпускных отверстий) разрозненных зон потоков. Суммарная площадь полученных зон потоков на любой высоте будет значительно меньше зоны потока при одновременном выпуске.

Кроме того, когда расстояние между выпускными отверстиями меньше зоны потока и зоны потоков смежных отверстий пересекаются между собой, то при разновременном выпуске из смежных выпускных отверстий происходит перепуск сыпучих материалов. Когда в соседнюю зону потока вовлекаются обрушенные породы, они перепускаются в зону потока, в котором ведут выпуск, что приводит к преждевременному засорению обрушенными породами и потерям угля.

Используя вышеуказанные закономерности, техническим решением предусмотрена одновременная работа группы питателей на один забойный скребковый конвейер. Чтобы управлять процессом перемещения самообрушившегося угля над секциями механизированной крепи, техническим решением предусмотрен принудительный выпуск угля регулируемыми по производительности питателями.

Питатель должен равномерно выпускать уголь по всей площади проема перекрытия, выполненного в секции механизированной крепи. Кроме того, производительность питателя должна регулироваться в широком диапазоне.

Техническим решением предусмотрена одновременная работа группы питателей на один забойный скребковый конвейер. Количество питателей, работающих в группе, определяют технической возможностью забойного скребкового конвейера. Учитывая, что питатели работают примерно в одинаковых условиях, их средневзвешенные производительности могут быть отрегулированы до необходимой величины полной загрузки забойного скребкового конвейера при работе группы питателей. Если питатели обеспечивают выпуск угля по всему сечению проема перекрытия, а их производительность регулируют, то можно в очистном пространстве образовать поток угля с определенной скоростью движения. Кроме того, при этом представляется возможность увеличения числа одновременно работающих питателей, что увеличивает длину забоя, на которой идет медленное опускание угля и посадка кровли.

Агрегат для выемки мощных угольных пластов, реализующий предлагаемый способ, включает комбайн, забойный скребковый конвейер, пульт управления, секционную механизированную крепь, каждая секция которой состоит из перекрытия, шарнирно связанного с рамой, основания, гидростоек, верхняка, шарнирно закрепленного на перекрытии и соединенного с ним гидродомкратами управления, гидродомкрата передвижения, установленного на основании, устройства для выпуска самообрушившегося угля из межслоевой толщи, установленного в проеме перекрытия, плитового затвора и вибратора.

Согласно техническому решению, в проеме перекрытия каждой секции механизированной крепи выполнен наклонный трапецеидальный желоб для выпуска угля, жестко прикрепленный к несущим балкам перекрытия, а в днище трапецеидального желоба смонтирован регулируемый по производительности питатель, разгрузочный конец которого расположен над забойным скребковым конвейером, при этом над проемом перекрытия установлен плитовой затвор, а пульт управления снабжен элементами одновременного включения в работу группы регулируемых по производительности питателей.

Наклонный трапецеидальный желоб и смонтированный в его днище регулируемый по производительности питатель воспринимают на себя давление движущегося угля в очистном пространстве и поэтому в техническом решении предусматривают жесткое и надежное крепление наклонного трапецеидального желоба для выпуска угля к несущим балкам перекрытия секции механизированной крепи. Элементы закрепления питателя в днище наклонного трапецеидального желоба не имеют каких-либо ограничений и поэтому могут быть выполнены с достаточным запасом прочности.

Угол наклона стенок наклонного трапецеидального желоба для выпуска угля к несущим балкам перекрытия определяют расчетами и обосновывают максимально возможным распределением нагрузки от движущегося потока угля в очистном пространстве на него.

Для выпуска угля из межслоевой толщи используют качающиеся плунжерные, пластинчатые, скребковые питатели с возможностью плавного регулирования производительности в широких пределах. Техническим решением предусмотрена одновременная работа группы питателей. Для этого пульт управления снабжен элементами одновременного включения в работу регулируемых по производительности питателей. Питатели должны быть отрегулированы на одинаковую среднюю производительность. Количество одновременно работающих питателей должно удовлетворять возможности забойного скребкового конвейера по производительности.

При одновременной работе группы питателей в самообрушаемой межслоевой толще угля образуют единый управляемый медленно движущийся поток. За счет большой площади потока угля исключают зависание обрушенного угля, создают благоприятные условия для самообрушения налегающих пород (кроме труднообрушаемой кровли, где требуются специальные технологические приемы), что уменьшает динамические нагрузки на крепь. Кроме того, наличие единого потока исключает засорение угля со стороны кровли, возможно только боковое засорение со стороны выработанного пространства, которое можно исключить специальными профилактическими мероприятиями.

Техническим решением предусмотрена установка плитового затвора над проемами перекрытия в основном для проведения ремонтных работ на питателе, а также для нестандартных ситуаций, когда возникает необходимость перекрытия при прорыве пустых пород над отдельными питателями.

Целесообразно по меньшей мере на одной кромке проема перекрытия каждой секции механизированной крепи на его несущей балке установить на опорах вибрирующий стержень, соединенный через толкатель с вибратором, размещенным под перекрытием.

Такое решение позволяет использовать вибрирующий стержень для дополнительного разрушения слоевой толщи одновременно над двумя секциями механизированной крепи.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где:
на фиг. 1 приведена принципиальная схема осуществления способа выемки мощных пластов с выпуском угля из подкровельной толщи питателями, смонтированными в проемах перекрытий секций механизированной крепи проекция на вертикальную плоскость вкрест простирания забоя;
фиг. 2 - то же, сечение I-I на фиг.1;
фиг. 3 - агрегат для выемки мощных угольных пластов;
фиг. 4 - узел секции механизированной крепи с устройством для выпуска самообрушившегося угля из подкровельной толщи;
фиг. 5 - то же, сечение II-II на фиг.4;
фиг. 6 - принципиальная схема монтажа вибрирующего стержня на кромке проема перекрытия.

Мощный угольный пласт 1 (фиг. 1-3), его слоевую толщу 2 вынимают агрегатом 3 с секционной механизированной крепью 4, каждая секция которой выполнена с устройством 5 для выпуска самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7 над секциями механизированной крепи 4. Пунктирными линиями 8 на фиг. 2 показаны индивидуальные зоны потоков в межслоевой толще 7 самообрушившегося угля 6 над каждым устройством 5 в секциях механизированной крепи 4.

Агрегат 3 (фиг. 3) для выемки угля из мощных пластов включает комбайн 9, забойный скребковый конвейер 10, пульт управления (не показан) агрегатом, секционную механизированную крепь 4, каждая секция которой состоит из перекрытия 11, шарнирно связанного с рамой 12, основания 13, гидростойки 14, верхняка 15, шарнирно закрепленного на перекрытии 11 и соединенного с гидродомкратом управления 16, гидродомкратов передвижения 17, установленных на основании 13, устройства 5 для выпуска самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7, установленного в проеме 18 (фиг. 4) перекрытия 11 каждой секции механизированной крепи 4.

Устройство 5 (фиг. 4, 5) включает наклонный трапецеидальный желоб 19 для выпуска угля с наклонными стенками 20, жестко закрепленными к несущим балкам 21 перекрытия 11. В днище наклонного трапецеидального желоба 19 смонтирован регулируемый по производительности питатель 22, который может быть выполнен плунжерным, пластинчатым, скребковым и т.п. с регулируемой производительностью. В качестве примера на фиг. 4, 5 показан плунжерный питатель 22, состоящий из рабочей плиты 23, плунжера 24, гидравлического привода 25, установленного в окне (не показано) задней стенки 26 наклонного трапецеидального желоба 19. Над проемом 18 в перекрытии 11 установлен плитовой затвор 27. По меньшей мере на одной из кромок проема 18 перекрытия 11 каждой секции механизированной крепи 4 может быть установлен на опорах 28 (фиг. 6) вибрирующий стержень 29, соединенный через толкатель 30 с вибратором 31, размещенным под перекрытием 11. При работе вибрирующий стержень 29 совершает изгибные колебания, форма которых показана пунктирными линиями 32.

В перекрытии 11 могут быть выполнены сквозные отверстия (не показаны) для размещения рабочего органа для бурения шпуров по предварительному разупрочнению межслоевой толщи угля, а также разупрочнению нижележащих крепких пород.

Пример осуществления способа и работа агрегата для выемки мощных угольных пластов приведены ниже.

Технологический цикл механизированной отработки мощного угольного пласта с выпуском самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7 состоит из последовательно выполняемых процессов. В исходном положении секции механизированной крепи 4 (фиг. 1-3) вплотную придвинуты к груди забоя, их козырьки поддерживает консоль межслоевой толщи 7 угля минимальной длины (1,5 м). Носки оснований 13 находятся под забойным скребковым конвейером 10. Наклонный трапецеидальный желоб 19 перекрыт плитовым затвором 27 (фиг. 5), дорожка перед забойным скребковым конвейером 10 зачищена. После выдвижения забойного скребкового конвейера 10 на забой начинается процесс выемки угля комбайном 9 перед секционной механизированной крепью 4. Вслед за выемкой верхней ленты угля комбайном 9 производят крепление обнаженной поверхности межслоевой толщи 7 угля верхняком 15. Затем комбайном 9 вынимают нижнюю ленту угля, выполняя погрузку угля на забойный скребковый конвейер 10 и зачистку почвы пласта. Механизированная крепь 4 готова к повторению процесса выемки угля перед нею. Описанный процесс повторяют три раза (зависит от величины захвата комбайна 9).

Длина нависающей над механизированной крепью 4 межслоевой толщи 7 угля достигает 1,86 м (при захвате комбайна 9, равном 0,62 м). Затем производят разупрочнение межслоевой толщи 7 угля взрыванием зарядов взрывчатых веществ (ВВ), нагнетанием воды под давлением и др. Открывают все наклонные трапецеидальные желоба 19 от плитовых затворов 27 и обеспечивают возможность самообрушения межслоевой толщи 7 угля. Для повышения эффективности самообрушения включают в работу вибрирующие стержни 29. Затем определяют порядок выпуска самообрушившегося угля 6 (угля, разрушенного ВВ) путем выделения групп одновременно работающих секций механизированных крепей 4. Например, все секции механизированной крепи 4 делят на три группы - центральную и две фланговые. Вначале над секциями механизированной крепи 4 в центральной части производят выпуск самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7. Для этого включают все питатели 22 в одновременную работу на минимально возможную производительность.

Выпускаемый всеми питателями 22 самообрушившийся уголь 6 транспортируют забойным скребковым конвейером 10. При этом в межслоевой толще 7 самообрушившегося угля 6, в его центральной части, образуется единый поток над всеми секциями механизированной крепи 4. Единый поток угля 6 обеспечивает плавное опускание самообрушившегося угля 6 без зависаний в очистном пространстве. При необходимости включают в работу вибрирующие стержни 29. С целью увеличения производительности забоя увеличивают производительность группы питателей 22, что повышает скорость движения самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7 и позволяет регулировать скорость потока самообрушившегося угля 6 в очистном пространстве.

Малые скорости перемещения самообрушившегося угля 6 в очистном пространстве, которые регулируют, обеспечивают безопасность выпуска угля. Самообрушившийся уголь 6 из межслоевой толщи 7 движется узким потоком, что исключает его перемешивание с окружающими породами, а медленно движущийся поток через устройство 5 для выпуска самообрушившегося угля 6 и легкость его регулирования (вплоть до остановки) позволяет снизить засорение окружающими породами.

После выпуска из центральной части самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7 аналогичным образом ведут выпуск угля из фланговых групп. Причем, чем больше одновременно работающих питателей 22 в группе, тем плавнее идет процесс выпуска самообрушившегося угля 6 из межслоевой толщи 7.

Изобретение относится к горному делу, а именно к механизированным крепям очистных забоев, предназначенных для выемки угля из мощных пластов при подземной отработке месторождений. Задачей изобретения является сокращение потерь угля при добыче, уменьшение зольности (засорения вмещающими породами) за счет создания регулируемого с дозированным выпуском общего потока угля над механизированным комплексом. Способ выемки мощных угольных пластов включает выемку почвенной толщи комбайном с использованием секционной механизированной крепи, подготовку межслоевой толщи угля к самообрушению, выпуск угля этой толщи после обрушения через проемы перекрытий секций механизированной крепи и транспортировку угля из межслоевой толщи забойным скребковым конвейером. Выпуск угля из межслоевой толщи ведут группой одновременно работающих регулируемых по производительности питателей, установленных в проемах перекрытий секций механизированной крепи с образованием над секциями механизированной крепи в межслоевой толще одного общего потока угля, скорость движения которого регулируют производительностью питателей, а транспортировку угля от всех одновременно работающих питателей производят одним забойным скребковым конвейером. Агрегат для выемки мощных угольных пластов включает комбайн, забойный скребковый конвейер, пульт управления, секционную механизированную крепь, каждая секция которой состоит из перекрытия, шарнирно связанного с рамой, основания, гидростоек, верхняка, шарнирно закрепленного на перекрытии и соединенного с ним гидродомкратами управления, гидродомкрата передвижения, установленного на основании, устройства для выпуска самообрушившегося угля из межслоевой толщи, установленного в проеме перекрытия, плитового затвора и вибратора. В проеме перекрытия каждой секции механизированной крепи выполнен наклонный трапецеидальный желоб для выпуска угля, жестко прикрепленный к несущим балкам перекрытия. В днище трапецеидального желоба смонтирован регулируемый по производительности питатель, разгрузочный конец которого расположен над забойным скребковым конвейером. Над проемом перекрытия установлен плитовой затвор. Пульт управления снабжен элементами одновременного включения в работу группы регулируемых по производительности питателей. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ выемки мощных угольных пластов, включающий выемку почвенной толщи комбайном с использованием секционной механизированной крепи, подготовку межслоевой толщи угля к самообрушению, выпуск угля этой толщи после обрушения через проемы перекрытий секций механизированной крепи и транспортировку угля из межслоевой толщи забойным скребковым конвейером, отличающийся тем, что выпуск угля из межслоевой толщи ведут группой одновременно работающих регулируемых по производительности питателей, установленных в проемах перекрытий секций механизированной крепи с образованием над секциями механизированной крепи в межслоевой толще одного общего потока угля, скорость движения которого регулируют производительностью питателей, а транспортировку угля от всех одновременно работающих питателей производят одним забойным скребковым конвейером. 2. Агрегат для выемки мощных угольных пластов, включающий комбайн, забойный скребковый конвейер, пульт управления, секционную механизированную крепь, каждая секция которой состоит из перекрытия, шарнирно связанного с рамой, основания, гидростоек, верхняка, шарнирно закрепленного на перекрытии и соединенного с ним гидродомкратами управления, гидродомкрата передвижения, установленного на основании, устройства для выпуска самообрушившегося угля из межслоевой толщи, установленного в проеме перекрытия, плитового затвора и вибратора, отличающийся тем, что в проеме перекрытия каждой секции механизированной крепи выполнен наклонный трапецеидальный желоб для выпуска угля, жестко прикрепленный к несущим балкам перекрытия, а в днище трапецеидального желоба смонтирован регулируемый по производительности питатель, разгрузочный конец которого расположен над забойным скребковым конвейером, при этом над проемом перекрытия установлен плитовой затвор, а пульт управления снабжен элементами одновременного включения в работу группы регулируемых по производительности питателей. 3. Агрегат по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере на одной кромке проема перекрытия каждой секции механизированной крепи на его несущей балке установлен на опорах вибрирующий стержень, соединенный через толкатель с вибратором, размещенным под перекрытием.