Способ разработки мощных пологих угольных пластов Российский патент 2004 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится в горному делу, а конкретно к технологии разработки мощных угольных пластов, имевших дизъюнктивные нарушения.

Широко известна технология разработки мощных угольных пластов пологого залегания комплексно-механизированными очистными забоями, в том числе с послойной отработкой пласта и выпуском подкровельной и межслоевой пачек угля как на забойный, так и на завальный (второй) конвейер /1/. В зависимости от конкретных горно-геологических и горно-технических условий принимается наиболее рациональный вариант отработки, который включает деление пласта на два слоя, верхний из которых отрабатывается механизированным комплексом с выпуском подкровельной пачки угля, а второй слой также отрабатывается механизированным комплексом с выпуском межслоевой пачки угля из-под гибкого перекрытия или чаще без настилки перекрытия.

К недостаткам этой технологии относится неэффективность ее применения при отработке мощных пологих пластов в сложных условиях с дизъюнктивными нарушениями угольного пласта.

Известен способ перехода механизированными комплексами дизъюнктивного нарушения угольного пласта, включавший определение параметра вынимаемых полос угля, нарезку по всей длине лавы ступенчатого перехода, установление конвейера на линии начала перехода, выемку полос угля шнеками комбайна переменной ширины путем установки конца конвейера на штреке с меньшей амплитудой нарушения на расстоянии от забоя лавы, равном ширине меньшего основания полосы, а установку конца конвейера на штреке с большей амплитудой нарушения, равной ширине большего основания полосы. При выемке каждой полосы положение нижнего шнека изменяют от меньшей высоты угля на штреке с меньшей амплитудой нарушения до большей высоты полосы угля на штреке с большей амплитудой нарушения. При этом лаву со стороны штрека с большей амплитудой нарушения отрабатывают со скоростью подвигания больше скорости подвигания лавы со стороны штрека с меньшей амплитудой нарушения на величину, равную отношению большей амплитуды нарушения к меньшей амплитуде нарушения /2/.

Известен способ перехода геологических нарушений механизированным комплексом, включающий передвижение и последовательный подъем или опускание секций крепи при подходе комплекса к границе перехода геологического нарушения вдоль очистного забоя лавы, при этом подъем или опускание каждой последующей секции крепи ведут при смещении ее от предыдущей секции на расстояние, определяемое из выражения

l=R·tgβ, м,

где R - расстояние между продольными осями секции крепи, м;

β - угол между линией начала подъема или опускания комплекса и линией очистного забоя, ° /3/.

Известен также способ подготовки зоны геологического нарушения к переходу лавой с механизированным комплексом, включающий проведение подготовительной выработки вдоль геологического нарушения, укладку в выработке направляющих по направлению перемещения комплекса, возводимых от подрывки вмещающих пород и искусственных материалов, при этом подготовительную выработку проводят по углю вприсечку к плоскости сместителя; если комплекс подходит к зоне нарушения со стороны "сброса", то выработку по углю проводят перед геологическим нарушением; если комплекс к нарушению подходит со стороны "взброса", то подготовительную выработку проводят за геологическим нарушением /4/.

Анализируя приведенные выше аналоги, устанавливаем, что наиболее близким из них по своей технической сущности и достигаемым результатам является технология послойной отработки мощных пологих угольных пластов с применением очистных механизированных комплексов, которая недостаточно эффективна в сложных горно-геологических условиях при наличии дизъюнктивных нарушений.

Целью изобретения является повышение эффективности разработки мощных пологих угольных пластов, имеющих геологические нарушения дизъюнктивного характера.

Поставленная цель достигается тем, что при отработке мощных угольных пластов пологого залегания с послойной выемкой угля очистными механизированными комплексами с выпуском подкровельной и межслоевой пачки угля, верхний слой пласта с дизъюнктивными нарушениями отрабатывают со входом в зону нарушения со стороны "сброса", труднообрушаемую кровлю пласта переводят в категорию легкой или средней обрушаемости путем передового торпедирования пород кровли пласта или методом гидродинамической стратификации пород кровли пласта, а нижний подсечной слой у почвы пласта отрабатывают со входом в зону нарушения пласта со стороны "взброса", после перехода нарушенной зоны пласта механизированный комплекс переводят на почву пласта и отрабатывают оставшуюся часть с выпуском межслоевой пачки угля, при этом операцию по переводу механизированного комплекса к почве пласта выполняют после его полного перевода через зону нарушения пласта. Повышению эффективности отработки угольных пластов также способствует то,

- что механизированный комплекс после отработки верхнего слоя на границе выемочного поля разворачивают на 180°, переводят в подсечной слой смежного выемочного столба, отрабатывают его у почвы пласта до зоны нарушения, а после зоны нарушения механизированный комплекс снова переводят к почве пласта и отрабатывают подсечной слой с увеличенной межслоевой пачкой угля;

- что на дальней границе панели выделяют полосу для разворота механизированного комплекса и перевода его в подсечной слой, при этом ширину полосы определяют как сумму длины механизированного комплекса с прилегающими к нему выемочными выработками и ширины зоны для перевода комплекса из верхнего слоя в подсечной слой;

- что смежные выемочные столбы отрабатывают спаренными лавами с механизированными комплексами, при этом в полосе разворота комплексов один из спаренно работающих механизированных комплексов сначала разворачивают на 180° в плоскости верхнего слоя, а затем переводят его в подсечной слой к почве пласта, а другой комплекс сначала переводят на уровень подсечного слоя, а затем разворачивают его на 180°;

что величину подкровельной пачки угля после перехода зоны нарушения пласта принимают равной величине (амплитуде) "взброса" нарушения пласта, а величину межслоевой пачки угля определяют из выражения

h_мс=H-h_пк-h_ic-h_2с, м,

где h_мс - величина межслоевой пачки угля;

H - полная мощность пласта, м;

h_пк - величина подкровельной пачки угля, м;

h_ic - высота первого подсечного слоя, м;

h_2с - высота второго подсечного слоя, м;

Проведенные патентные исследования показывают, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о технологии разработки мощных пологих и наклонных угольных пластов очистными механизированными комплексами, которая характеризовалась бы той же совокупностью существенных признаков, как и заявляемая новая технология. Следовательно, она (технология) отвечает критерию патентоспособности по новизне.

Сопоставительный анализ предлагаемой технологии разработки мощных пологих угольных пластов комплексно-механизированными очистными забоями с известными технологическими решениями, в том числе и с прототипом, показывает, что предлагаемая технология в значительной степени повышает эффективность разработки угольных пластов с дизъюнктивными нарушениями за счет правильного выбора направления и параметров раскройки выемочных столбов, используя известную и поставляемую отечественными машиностроительными заводами горнодобычную технику. Предложенный порядок перехода дизъюнктивных нарушений существенно отличается от известных решений и, по нашему мнению, отвечает критерию "изобретательский уровень".

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично изображены различные положения механизированного комплекса при отработке мощного пологого пласта в зоне геологического нарушения дизъюнктивного характера: I - при отработке верхнего слоя перед нарушением; II - то же, после перехода зоны нарушения; III - при отработке нижнего подсечного слоя перед переходом нарушения; IV и V - после перехода зоны нарушения пласта; на фиг.2 - фрагмент выемочного поля в плане - два смежных выемочных столба; на фиг.3 - разрез на фиг.2, где схематично представлен разворот и перевод механизированных комплексов в подсечном слое.

Мощный угольный пласт пологого залегания, подверженный геологическим нарушениям дизъюнктивного характера с амплитудой "сброса" - "взброса" не более половины мощности пласта, отрабатывается послойно очистными механизированными комплексами 1 и 2 с выпуском подкровельной 3 и межслоевой 4 пачек угля.

Верхний (первый) слой располагают непосредственно у кровли пласта, при этом выбирают такое направление движения очистного забоя, а следовательно, и так нарезают выемочные столбы, чтобы при переходе зоны нарушения угольного пласта механизированный комплекс 1 передвигался бы со стороны сбросовой части пласта. В зоне нарушения угольный пласт, как правило, перемят, подвержен вывалам и высыпанию угля; поэтому при определении параметров крепи механизированного комплекса выбор делают на минимальных размерах - не более 2,5 м, а тип крепи при этом предпочитают оградительно-поддерживающий с дополнительным конвейером 5, часто называемым "завальным", который предназначается для выпуска угля из подкровельной 3 и межслоевой 4 пачек угля.

При таком порядке перехода геологического нарушения, когда комплекс входит в зону нарушения пласта со стороны "сброса", по прохождению смещенных участков вмещающих пород особых осложнений не происходит, комбайн вынимает уголь и крепь плавно вписывается в угольный пласт, если угольный пласт достаточно устойчив, а вывалы и высыпания угля не превышают нормы. В противном случае - при значительных вывалах и высыпаниях угля возникает потребность в проведении мероприятий по упрочнению угольного пласта в зоне перехода комплексом геологического нарушения.

После преодоления нарушенной зоны пласта механизированная крепь очистного комплекса оказывается под пачкой 3 угля, равной по мощности величине амплитуды "взброса" пласта. В зоне нарушения пласта уголь в подкровельной пачке пласта не требует для разрушения дополнительных механических воздействий, а разрушается под действием горного давления и поступает к люку 6, расположенному в задней части ограждения крепи, и выгружается на дополнительный конвейер 5 и далее на штрековый конвейер. При дальнейшей выемке угля механизированным комплексом для лучшего использования сил горного давления для разрушения угля в подкровельной пачке угля придерживаются определенного порядка в выемке угля. Сначала вынимается верхняя часть подсечного слоя, сразу же вслед за комбайном передвигается крепь, затем вынимается нижняя часть подсечного слоя и передвигается забойный конвейер 7. После отработки таким образом трех полос производится выпуск угля из подкровельной пачки 3 через люк 6. Шаг обрушения выпускаемой потолочины угля составляет 1,8 м - три полосы по 0,6 м. Выпуск угля продолжается до тех пор, пока не пойдет пустая порода.

При труднообрушаемой кровле пласта проводятся мероприятия по разупрочнению монолитной кровли и переведение ее в категорию легкой или средней обрушаемости путем проведения передового торпедирования или методом гидродинамической стратификации.

Выемочные столбы 8 и 9, подготовленные выемочными штреками 10, 11, 12, пройденными с бремсберга (уклона) 13, отрабатываются механизированными комплексами 1 и 2 до дальней границы панели, где они демонтируются, проходят ремонт и монтируются снова во втором подсечном слое (поз.III), который отрабатывается по той же технологии ведения очистных работ, как в первом подсечном слое, при этом параметры ее проверяются и выбираются наиболее рациональные, особое внимание уделяется высоте межслоевой пачки - Н_мс и шагу выпуска межслоевой пачки. Теперь механизированные комплексы подходят к геологическому нарушению со стороны "взброса", переходят нарушение пласта, не контактируя с вмещающими породами, при этом комплексы удерживаются в плоскости, параллельной вмещающим породам. После того как нарушение пласта будет полностью преодолено, приступают к операции по переводу механизированных комплексов к почве пласта по всему фронту одновременно (поз.IV и V). Механизированный комплекс опускают до почвы пласта на величину амплитуды дизъюнктивного нарушения. В новых условиях подсечного слоя с межслоевой пачкой угля размерами Н_мсґ, большими предшествующей величины слоя на амплитуду нарушения пласта, устанавливают рациональные параметры выемки межслоевой пачки и отрабатывают выемочные столбы до бремсберга (уклона).

Возможны и другие варианты отработки выемочных столбов 8 и 9. Например, указанные выемочные столбы отрабатывают спаренными лавами с механизированными комплексами 1 и 2. При подходе к границе выемочных столбов 8 и 9 один из механизированных комплексов, отрабатывающий верхнюю лаву в столбе 8, если его техническое состояние позволит без капитального ремонта продолжить выемку угля, разворачивают в плоскости первого слоя на 180° и переводят в подсечной слой к почве пласта. В лаве выемочного столба 9 на уровне подсечного слоя монтируют другой очистной механизированный комплекс из числа отремонтированных или вновь приобретенных механизированных комплексов оградительно-поддерживающего типа. Очистные работы ведутся по выше описанной схеме, при этом спаренные комплексы работают на некотором расстоянии один от другого, чтобы избежать наложения зон опорного давления. Для разворота механизированных комплексов на 180° и перевода их в нижний подсечной слой к почве пласта на дальней границе выемочного поля выделяют полосу шириной, равной сумме длины механизированного комплекса с прилегающими выемочными выработками и ширины зоны для перевода комплекса в нижний подсечной слой.

Величину подкровельной пачки угля после перехода зоны нарушения пласта принимает равной величине "взброса" (амплитуды) нарушения пласта, а величину межслоевой пачки угля определяют из выражения

h_мс=H-h_пк-h_ic-h_2с, м,

где h_мс - величина межслоевой пачки угля;

H - полная мощность пласта, м;

h_пк - величина подкровельной пачки угля, м;

h_ic - высота верхнего (первого) подсечного слоя, м;

h_2с - высота нижнего (второго) подсечного слоя, м.

Изобретение позволяет отрабатывать мощные пологие пласты в сложных горногеологических условиях с дизъюнктивными нарушениями с высокой эффективностью.

Источники информации

1. Гапанович Л.Н., Брайцев А.В., Лаврухина Л.Я. Целесообразность одноразовой отработки механизированным комплексом пологих пластов мощностью 6 м. - Уголь, 1987 г., №6 (июнь), с. 12-15 - (прототип).

2. А.с. СССР №1583607, кл. Е 21 C 41/18, 1990, бюл. №29 "Способ перехода механизированным комплексом дизъюнктивного нарушения угольного пласта".

3. А.с. СССР №1710748, кл. E 21 G 41/18, 1992, бюл. №5. "Способ перехода геологических нарушений механизированным комплексом".

4. А.с. СССР №1624156, кл. E 21 C 41/18, 1991, бюл. №4 "Способ подготовки зоны геологического нарушения к переходу лавой с механизированным комплексом".

Изобретение относится к горному делу, а именно к технологии разработки новых пологих угольных пластов, отработка которых осложняется дизъюнктивными нарушениями. Способ разработки мощных пологих угольных пластов, включающий слоевую отработку угольных пластов очистными механизированными комплексами с выпуском подкровельной или межслоевой пачки угля на конвейер комплексно-механизированного очистного забоя. Первый верхний слой пласта, имеющего дизъюнктивные нарушения, отрабатывают со входом в зону нарушения пласта со стороны "сброса". Труднообрушаемую кровлю пласта переводят в категорию легкой или средней обрушаемости путем применения передового торпедирования пород кровли пласта или методом гидродинамической стратификации пород кровли пласта. Нижний подсечной слой у почвы пласта отрабатывают со входом в зону нарушения пласта со стороны "взброса". После перехода нарушенной зоны пласта механизированный комплекс переводят на почву пласта и отрабатывают оставшуюся часть выемочного столба с выпуском угля из межслоевой пачки. Операцию по переводу механизированного комплекса к почве пласта выполняют после его полного перевода через нарушенную часть пласта. В результате изобретения повышается эффективность отработки нарушенных угольных пластов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ разработки мощных пологих угольных пластов, включающий слоевую отработку угольных пластов очистными механизированными комплексами с выпуском подкровельной или межслоевой пачки угля на конвейер комплексно-механизированного очистного забоя, отличающийся тем, что первый верхний слой пласта, имеющего дизъюнктивные нарушения, отрабатывают со входом в зону нарушения пласта со стороны "сброса", труднообрушаемую кровлю пласта переводят в категорию легкой или средней обрушаемости путем применения передового торпедирования пород кровли пласта или методом гидродинамической стратификации пород кровли пласта, а нижний подсечной слой у почвы пласта отрабатывают со входом в зону нарушения пласта со стороны "взброса", после перехода нарушенной зоны пласта механизированный комплекс переводят на почву пласта и отрабатывают оставшуюся часть выемочного столба с выпуском угля из межслоевой пачки, при этом операцию по переводу механизированного комплекса к почве пласта выполняют после его полного перевода через нарушенную часть пласта.2. Способ разработки по п.1, отличающийся тем, что механизированный комплекс после отработки верхнего слоя на границе выемочного поля разворачивают на 180°, переводят в подсечной слой смежного выемочного столба, отрабатывают его до зоны нарушения, а после зоны нарушения механизированный комплекс снова переводят к почве пласта и отрабатывают подсечной слой с увеличенной межслоевой пачкой угля.3. Способ разработки по п.2, отличающийся тем, что на дальней границе панели выделяют полосу для разворота механизированного комплекса шириной, равной сумме длины механизированного комплекса с прилегающими выемочными выработками и ширины зоны для перевода механизированного комплекса из верхнего слоя в подсечной слой.4. Способ разработки по п.1, отличающийся тем, что смежные выемочные столбы отрабатывают спаренными лавами с механизированными комплексами, при этом в полосе разворота комплексов один из спаренно работающих мехкомплексов сначала разворачивают на 180° в плоскости верхнего слоя, а затем переводят в подсечной слой к почве пласта, а другой комплекс сначала переводят на уровень подсечного слоя, а затем разворачивают его на 180° или демонтируют.