СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ И ПОДГОТОВКИ К ВЫЕМКЕ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО С ВЫПУСКОМ ЕГО ИЗ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ Российский патент 2005 года по МПК E21D23/00 E21C41/18 

Изобретение относится к угольной и горнорудной промышленности и может найти применение при выемке мощных слабонаклонных пластов полезного ископаемого с использованием очистных комплексов, обеспечивающих выемку с дополнительным выпуском полезного ископаемого из подкровельной толщи.

Известен способ подготовки мощного пласта полезного ископаемого к выемке, включающей бурение из выемочных выработок скважин и нагнетание в них разупрочняющего реагента (А.С. №989069, Е 21 с 41/04).

Недостатком способа является использование для обработки полезного ископаемого разупрочняющим реагентом выемочных выработок, что снижает эффективность выемки полезного ископаемого из-за накладки операций по разупрочнению с непосредственной выемкой и из-за этого снижается добыча с отрабатываемого участка полезного ископаемого, а ввиду отсутствия буровых средств для бурения длинных и направленных скважин вносятся ограничения на длину очистного забоя.

Известен способ подготовки угольных пластов, основанный на известном способе их обработки разупрочняющими реагентами с отличием, что скважины бурят за контуры будущих выработок, а до подключения скважин к дегазационному трубопроводу в них нагнетают энерговыделяющую систему из смеси (60:40) нитрата аммония, воды и 9% глицерина с инициированием этой системы при давлении не менее 12 МПа, а затем вблизи будущих выработок дополнительно в действующем очистном поле бурят горизонтальные скважины, в которых производят гидроимпульсное воздействие на массив (А.С. №2166637 (13) С₂, кл. 7Е 21 F 7/00).

Недостатком является значительная задержка ввода очистного фронта для непосредственной выемки полезного ископаемого из-за большого объема предусмотренных операций при подготовке его к выемке, т.е. необходимо бурение за контуры будущих выработок скважин, их герметизация с нагнетанием рабочей энерговыделяющей системы, дополнительное бурение горизонтальных скважин для увлажнения с гидроимпульсным воздействием на массив, и для выполнения всех предусмотренных операций для подготовки к выемке полезного ископаемого задалживается для этого значительное количество средств и устройств.

Известен широко распространенный способ и средства для разупрочнения потолочины над крепью комплекса с управлением кровли с помощью использования средств для бурения над крепью комплекса шпуров для заряжания и взрывания в них взрывчатых материалов. (Комплексная механизация выемки пологих пластов в Кузбассе, М., Недра, 1972 г., стр.65-66).

Недостатком известного способа является присутствие в зоне выемки полезного ископаемого взрывных работ, которые относятся к весьма опасным, а также из-за включения этих работ в общий цикл по выемке полезного ископаемого, то есть с выделением дополнительного времени на бурение, заряжание, взрывание и проветривание. К тому же взрывание над крепью комплекса приводит к снижению общего ресурса его работы из-за присутствия динамических нагрузок, вызываемых повторяющимися взрывами.

Известно устройство, снабженное телескопическим исполнительным органом с зубками с возможностью его размещения в люке для выпуска угля при его открытии и связан с перекрытием гидродомкратом управления, при этом выдвижной исполнительный ограждающий орган снабжен углеспускным лотком (патент СССР №1804563, Е 21 D 23/04, 1993 г.).

Недостатком предлагаемого устройства является его сложность при управлении выпуском, и практически должно вестись дополнительное разрушение и выемка полезного ископаемого из подкровельной толщи, аналогичная выемке из очистного забоя, например, комбайном или другими средствами.

Задача изобретения заключается в повышении безопасности и эффективности при выемке мощных пологих и наклонных пластов с помощью очистных комплексов, обеспечивающих дополнительный выпуск полезного ископаемого из подкровельной толщи.

Согласно изобретению при существующей технологии добыча очистными комплексами, обеспечивающими выемку полезного ископаемого с дополнительным выпуском его из подкровельной толщи, задача предложения решается тем, что в подкровельной толще впереди очистного забоя проходят орты и выработки на максимальном расстоянии, исходя из возможности используемого бурового оборудования, не допускающего при бурении для обработки подкровельной толщи отклонения от нее до контакта с поверхностью призабойной кровлей, поддерживаемой крепью очистного комплекса, и удваивают расстояние между последующими проводимыми выработками, необходимыми для размещения средств для бурения и подачи в скважины разупрочняющего реагента, а после окончания закачки его эти скважины и выработки используют для дегазации пласта и извлечения метана через установленные в ортах перемычки с отводящим газ трубопроводом.

Реализация указанных способов, повышающих безопасность и эффективность подготовки к выемке полезного ископаемого, осуществляется с помощью устройства, включающего установку в промежутках между задними стойками (со стороны обрушения) крепи комплекса подрезных стоек, гидравлически связанных с несущими стойками самого комплекса, и имеют индивидуальные средства управления для подвода и слива гидравлической жидкости из подрезных стоек, а для увеличения вынимаемой мощности подкровельной толщи подрезные стойки содержат известные устройства, создающие вибрацию, используемую при подаче гидравлической жидкости к подрезным стойкам во время их распора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема подготовки блока при обработке подкровельной толщи, на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, а на фиг.3 - схема компоновки задних стоек с подрезными стойками и их гидравлическая схема подключения.

Подготовку полезного ископаемого к выемке начинают с проведения выработки 1 из оконтуривающих очистной забой 2 вентиляционного 3 и транспортного 4 бремсбергов, соединяемых с выработками 1 посредством проводимого орта 5 (фиг.2), и при этом расстояние от очистного забоя 2 до выработки 1 максимальное по условию используемого бурового оборудования, а между самими выработками 1 расстояние 6 удваивается, и при этом количество скважин 7 рассчитывают с учетом оставления непосредственно над крепью комплекса 8 слоя 9 для подрезки его на величину не более одного - двух шагов выемки полос 10 и выпуском его и обработанного слоя 11 участками по всей длине очистного забоя 1.

Для повышения надежности управления кровлей 12 и выпуска слоя 9 и 11 эффективность подготовки реализуется включениями в комплексе 8 установки между основными задними стойками 13 (со стороны обрушения - фиг.3) подрезных стоек 14, гидравлически связанных со стойками 13 и имеющих индивидуальные средства управления 15 для подводящей гидромагистрали 16 и гидромагистрали 17 для слива гидравлической жидкости из подрезных стоек 14, а для увеличения мощности обрабатываемого слоя 11 подрезные стойки 14 содержат устройства 18, создающие при распоре стоек 14 вибрацию подаваемой к ним гидравлической жидкости.

Способ управления кровлей и подготовки к выемке мощных пластов полезного ископаемого с помощью данного устройства осуществляется следующим образом.

Первоначально во время монтажа комплекса 8 в очистном забое 2 из вентиляционного 3 и транспортного 4 бремсбергов проходят орты 5, из которых (возможно навстречу) в подкровельной толще слоя 11 проходят выработку 1 на расстоянии для бурения максимальной длины (для применяемого бурового оборудования, не допускающего отклонения скважин 7 при бурении до поверхности кровли, поддерживаемой в дальнейшем крепью выемочного комплекса), а затем выработки 1 проходят на удвоенном расстоянии 6 скважин 7, которые располагают по всей длине выработки 1 в сторону очистного забоя 2 и противоположную сторону скважин 7, и при этом бурение совмещают с подачей в них существующим методом разупрочняющего реагента, а после окончания обработки всех скважин 7, число которых и количество подаваемого в них разупрочняющего реагента сосредотачивают в слое 11 с оставлением непосредственно над крепью комплекса необрабатываемой пачки 9, которую для улучшения управления кровлей 12 при обрушении и выпуска слоя 11 подрезают на величину не более одного двух шагов выемки комбайном, стругом или другими средствами полос 10 после передвижки крепи, а сам выпуск начинают при 2-3 толщин подрезных полос 10, после передвижек очистного комплекса к очистному забою 2.

Подрезку пачки 9 с выпуском слоя 11 выполняют с помощью подрезных стоек 14, гидравлически связанных с основными стойками 13 посредством подводящей гидромагистрали 16 и сливной 17, с использованием насосной станции основной (Н.С.О) и резервной (Н.С.Р.) и при этом подрезные стойки 14 подрезку выполняют путем их распора с использованием индивидуального средства управления 15, а также для увеличенной мощности подкровельной толщи или при некачественной ее обработке разупрочняющим реагентом подрезку осуществляют стойками 14 при их распоре с использованием устройства 18, создающего вибрацию подаваемой к ним гидравлической жидкости.

Предложенный способ управления кровлей и подготовки мощных пластов полезного ископаемого с выпуском его из подкровельной толщи и устройство для его осуществления позволяют резко повысить вынимаемую мощность подкровельной толщи без задалживания дополнительного комплекса в ней и гибкого перекрытия, иметь крепь комплекса с наименьшей по условиям эксплуатации ее высотой. Благодаря заблаговременной обработке разупрочняющим реагентом и выдержке его в пласте на время отработки блока полезного ископаемого до каждой выработки достигается перераспределение горного давления не только в пласте полезного ископаемого с его дополнительной деформацией в связи с пониженным сопротивлением (из-за разупрочнения слоя полезного ископаемого) горному давлению вышележащих пород, а также перераспределению давления и в самой кровле с ее деформацией, приводящей к уменьшению или полному исключению горных ударов при обрушении кровли после выпуска полезного ископаемого. Благодаря проведению впереди очистного забоя в подкровельной толще выработки обеспечивается совмещение операций непосредственной выемки очистным комплексом с выпуском полезного ископаемого из нее и сокращается объем бурения (исключаются веерные скважины) и объем операций по обработке полезного ископаемого разупрочняющими реагентами с уменьшением его расхода, так как заблаговременная обработка позволяет использовать дополнительно работу горного давления и также с оставлением необработанного слоя сокращается объем трудовых затрат по бурению и обработке полезного ископаемого разупрочняющими реагентами с сокращением его расхода, а подрезкой этого слоя подрезными стойками не более одной - двух вынимаемых полос достигается обрушение подкровельной толщи без крупных блоков и тем самым исключается вторичное дробление. Выполнение оптимальной величины выпуска подрезных полос уменьшает потери и разубоживание при выемке полезного ископаемого, а освобождение его при выпуске участками по всей длине очистного забоя переносит точку опоры непосредственной и основной кровли с уменьшением их консоли и снижением общего горного давления на крепь комплекса.

Способ и устройство предназначены для выемки мощных пологих и наклонных пластов полезного ископаемого с выпуском его из подкровельной толщи. Задачей изобретения является повышение безопасности и эффективности выемки. Способ включает проведение впереди очистного забоя выработок, обработку кровли и полезного ископаемого разупрочняющими реагентами и выемку его очистными комплексами с дополнительным выпуском полезного ископаемого из подкровельной толщи. В подкровельной толще впереди очистного забоя проходят орты и выработки на максимальном расстоянии, исходя из возможности используемого бурового оборудования, не допускающего при бурении для обработки подкровельной толщи отклонения от нее до контакта с поверхностью призабойной кровлей, поддерживаемой крепью очистного комплекса, и удваивают расстояние между последующими проводимыми выработками, необходимыми для размещения средств для бурения и подачи в скважины разупрочняющего реагента. После окончания закачки его эти скважины и выработки используют через установленные в ортах перемычки с отводящим трубопроводом для извлечения метана и дегазации полезного ископаемого. Необработанная разупрочняющим реагентом пачка полезного ископаемого имеет величину не более одного - двух шагов выемки полос угля по всей длине очистного забоя, а сам выпуск полезного ископаемого из подкровельной толщи осуществляют участками по всей длине очистного забоя не более 2 - 3 толщин подрезных полос полезного ископаемого. Устройство для подрезки подкровельной толщи включает секции механизированной крепи, содержащие основание, связаное с распорными стойками, выдвижной исполнительный орган. Крепь комплекса со стороны обрушения между задними стойками содержит клиновидные подрезные стойки, гидравлически связанные с задними стойками. Подрезные стойки снабжены индивидуальными средствами управления для подачи и слива гидравлической жидкости. Подрезные стойки содержат устройства, создающие при их распоре вибрацию подаваемой к ним гидравлической жидкости. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления кровлей и подготовки к выемке мощных пластов полезного ископаемого с выпуском его из подкровельной толщи, включающий проведение впереди очистного забоя выработок, обработку кровли и полезного ископаемого разупрочняющими реагентами и выемку его очистными комплексами с дополнительным выпуском полезного ископаемого из подкровельной толщи, отличающийся тем, что для повышения эффективности при добыче мощных пластов полезного ископаемого в подкровельной толще впереди очистного забоя проходят орты и выработки на максимальном расстоянии, исходя из возможности используемого бурового оборудования, не допускающего при бурении для обработки подкровельной толщи отклонения от нее до контакта с поверхностью призабойной кровлей, поддерживаемой крепью очистного комплекса, и удваивают расстояние между последующими проводимыми выработками, необходимыми для размещения средств для бурения и подачи в скважины разупрочняющего реагента, а после окончания закачки его эти скважины и выработки используют через установленные в ортах перемычки с отводящим трубопроводом для извлечения метана и дегазации полезного ископаемого.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для улучшения процесса выпуска полезного ископаемого из подкровельной толщи и повышения надежности работы очистного комплекса крепи непосредственно над ней оставляют необработанную разупрочняющим реагентом пачку полезного ископаемого для подрезки его и выпуска с обработанной частью подкровельной толщи на величину не более одного - двух шагов выемки полос угля по всей длине очистного забоя, а сам выпуск полезного ископаемого из подкровельной толщи осуществляют участками по всей длине очистного забоя не более 2-3 толщин подрезных полос полезного ископаемого.3. Устройство для подрезки подкровельной толщи, включающее секции механизированной крепи, содержащие основание, связаное с распорными стойками, выдвижной исполнительный орган, отличающееся тем, что для повышения эффективности выпуска полезного ископаемого из подкровельной толщи крепь комплекса со стороны обрушения между задними стойками содержит клиновидные подрезные стойки, гидравлически связанные с задними стойками, и при этом подрезные стойки снабжены индивидуальными средствами управления для подачи и слива гидравлической жидкости.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что для обеспечения ограниченного вибрационного воздействия на подкровельную толщу подрезными стойками они содержат устройства, создающие при их распоре вибрацию подаваемой к ним гидравлической жидкости.