СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ЗАПОЛНЯЕМОЙ СЕКЦИИ ПОЛНОСТЬЮ МЕХАНИЗИРОВАННОГО УГЛЕДОБЫВАЮЩЕГО ЗАПОЛНЯЮЩЕГО СМЕШИВАЮЩЕГО ШАХТНОГО КОМБАЙНА Российский патент 2019 года по МПК E21F15/00 E21D23/00 

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области заполняющей угледобычи и, более конкретно, к способу определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна.

Предшествующий уровень техники

В последние годы, по мере разработки «зеленой» технологии угледобычи для решения задач «трех под» (т.е. под зданиями, под железнодорожными путями и под водой) при угледобыче, угледобывающая технология плотного заполнения уже широко распространена и используется во многих угледобывающих районах Китая и успешно высвобождает большое количество угольных ресурсов; при этом подземная пустая порода не поднимается из шахты, благодаря чему уменьшается масса пустой породы на поверхности земли, все больше укрепляются незагрязняющая и «зеленая» концепции; все больше угледобывающих зон используют подземную технологию отделения угля для реализации зеленой интегрированной циклической добывающей технологии, отделения под землей пустой породы и обратную засыпку отделенной пустой породы. Однако при высокоинтенсивной разработке угольных ресурсов многие угольные шахты сталкиваются с угольными пластами с низкой проницаемостью и высоким риском выброса газа при последующем расширении разработки угольного пласта; в результате добыча упомянутого угольного пласта оказывается опасной, при этом стоимость добычи угольных пластов возрастает, что серьезно сказывается на сроке эксплуатации угольной шахты. Таким образом, технология разработки верхнего защитного слоя породы, предварительной экстракции газа из защищенного угольного пласта, утилизации пустой породы для защитного слоя породы в качестве заполняющего материала для заполнения защитного слоя и достижения цели не поднимать пустую породу из шахты и одновременного извлечения угля и газа появилась в нужный момент; и при этой технологии, с учетом производительности угольной шахты и эффекта дренажа газа, защитный слой разрабатывается с использованием полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна.

Обоснованное проектирование длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна оказывает большое влияние на своевременную переработку пустой породы под землей, успешного проведения добычи угля, эффекта дренажа газа и т.п. Поэтому исследование метода определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна становится незаменимым средством исследований и методом изучения полностью механизированной угледобычи с обратным заполнением в аналогичных условиях и имеет важное практическое значение и широкие перспективы применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В свете проблем предшествующего уровня техники, настоящее изобретение относится к способу определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, который является простым, безопасным, надежным и высокопроизводительным инженерным оборудованием.

Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна включает: во-первых, проектирование общей длины смешивающего угольного комбайна в соответствии с требуемой производительностью шахты; во-вторых, предварительное проектирование диапазона длин заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна по принципу, согласно которому суточный выход пустой породы угольного комбайна защитного слоя породы равен массе заполняющего материала для засыпки заполняемой секции полностью механизированного угольного комбайна; и, наконец, определение длины заполняемой секции угольного комбайна в соответствии с требованиями развития трещин покрывающих пород по месту расположения смешивающего угольного комбайна и особенностей движения пласта породы.

Суточный выход пустой породы, добываемой при разработке защитного слоя породы, получают по следующей формуле:

(1)

В формуле:

М₂ - суточная добыча пустой породы защитного слоя породы, т/сут;

μ - подземная скорость отделения пустой породы, %;

- суточная скорость заполнения защитного слоя угольным комбайном, м/сут, определяемая режущим устройством угольной машины и временем резания угля;

L₂ - длина защитного слоя очистного забоя, м, определяемая длиной газовой дренажной скважины;

H_y - высота пласта породы защитного слоя, м, определяемая глубиной развития трещины угольного пола;

η - плотность породы, т/м³.

Количество заполняющих материалов для заполнения заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна получается по следующей формуле:

(2)

В формуле:

M₁ - суточное потребление пустой породы полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, т/сут;

- суточная скорость продвижения, полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м/сут, определяемая годовой производительностью;

L_1ct - длина заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м, определяемая выходом пустой породы и пропускной способностью скребкового лезвия;

H_1ct - заполняемая высота, м, определяемая высотой подвеса конвейера и увеличенным количеством, помещающимся под крышей;

η_c - ожидаемая плотность возвращаемой пустой породы, в т/м³.

Для заранее спроектированного диапазона длин заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, в соответствии с M₁≥M₂ совместно с формулами (1) и (2) диапазон длин L_1ct заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна получаем как:

(3)

Длина заполняемой секции угольного комбайна определяется в соответствии с развитием трещин на месте покрывающей породы угольного комбайна и особенностей движения горной породы.

Этот способ дает благоприятные результаты: длина заполняемой при разработке секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна является одним из важных параметров для анализа и разработки полностью механизированной заполняющей смешанной технологии угледобычи. Способ определяет общую длину полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна, в первую очередь определяет диапазон длин загружаемой секции угольного комбайна в соответствии с принципом, согласно которому суточная производительность пустой породы, добываемых при разработке защитного слоя породы равен массе заполняющего материала для заполнения заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна и, наконец, определяют длину загрузочной секции угольного комбайна в соответствии с требованиями развития трещин покрывающих пород по месту расположения смешивающего угольного комбайна и особенностей движения пласта породы. Этот способ прост и практичен, может обеспечить инженерные технологические рекомендации по популяризации и применению полностью механизированной смешанной технологии угледобычи-заполнения, дополняющей технологию «отделения и обратного заполнения» интегрированного циклического режима экологически чистой угледобычи для предотвращения поднятия подземной пустой породы из угольной шахты, обратной засыпки отделенной пустой породой и эффективной обратной засыпке и добычи угля, а также способствует популяризации и применению ряда технологий заполняющей угледобычи. Поскольку длина заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна может быть обоснована и точно спроектирована, может быть предусмотрен теоретический способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна в аналогичных условиях. Способ прост и удобен, дает хорошие результаты при тестировании и имеет высокую инженерную осуществимость и практичность применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На фиг. 1 показана блок-схема выполнения операций, иллюстрирующая способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна.

На фиг. 2 показан план компоновки, полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна.

На фиг. 3 показана схема, иллюстрирующая угледобычу защитного слоя угольного комбайна и полностью механизированный угольный добывающий смешивающий шахтный комбайн.

На фигурах: 1 - самоходный обратный погрузчик; 2 - заполняющий ленточный конвейер; 3 - скребковый конвейер; 4 - нижний разгрузочный конвейер; 5 - разгрузочное отверстие; 6 - заполняющая гидравлическая опора; 7 - угледобывающая машина; 8 - конвейерная полоса для пустой породы; 9 - конвейерная полоса для угля; L1 - длина заполняемой секции угольного комбайна; L2 - длина отвальной секции угольного комбайна; L - общая длина полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна, 10 - защитный слой породы угольного комбайна; 11 - полностью механизированный угольный добывающий заполняющий смешивающий шахтный комбайн.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение далее описано ниже в сочетании с вариантами осуществления на чертежах:

Как показано на фиг. 1 и фиг. 3, способ определения длины L1 заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 включает: во-первых, параметры добычи угля на шахте, определяемые соответствующей геологической обстановкой угледобычи, и общей длиной L полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11, спроектированного в соответствии с производительностью шахты; во-вторых, диапазон длин L1 заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 в основном определяется суточным выходом пустой породы защитного слоя породы угольного комбайна 10 и суточным потреблением пустой породы заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11, в соответствии с принципом, что заполняющие материалы защитного слоя угольного комбайна и полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна идентичны по массе, и наконец, длина L1 заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 определяется в соответствии с развитием высоты трещин породы на месте работы полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 и влиянием дренажа газа. Конкретные шаги заключаются в следующем:

1. Общая длина L полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 проектируется в соответствии с требованиями производительности шахты.

2. Суточный выход пустой породы для защитного слоя угольного комбайна 10 рассчитывается по следующей формуле:

(1)

В формуле:

M₂ - суточная добыча пустой породы защитного слоя породы, т/сут;

μ - подземная скорость отделения пустой породы, %;

- суточная скорость заполнения защитного слоя угольным комбайном, м/сут, определяемая режущим устройством угольной машины и временем резания угля;

L₂ - длина защитного слоя очистного забоя, м, определяемая длиной газовой дренажной скважины;

H_y - высота защитного слоя породы, м, определяемая глубиной развития трещины угольного пола; и

η - плотность породы, т/м³.

3. Количество заполняющих материалов для заполнения длины L₁ заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11, рассчитывается по следующей формуле:

(2)

в формуле:

M₁ - суточное потребление пустой породы полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, т/сутки;

- суточная скорость работы полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м/сут, определяемая годовой производительностью;

L_1ct - длина заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м, определяемая выходом пустой породы и пропускной способностью скребкового лезвия;

H_1ct - заполняемая высота, м, определяемая высотой подвеса конвейера и увеличенным объемом загрузки под свод;

η_c - ожидаемая плотность возвращаемой пустой породы, т/м³.

4. В соответствии с принципом сохранения массы и соотношением между заполняющей массой полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11, и выходом M₁≥M₂ пустой породы для защитного слоя породы угольного комбайна 10, длина полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна рассчитывается в соответствии с формулами (1) и (2), диапазон длин L₁ заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 составляет:

(3)

5. Соответствующая длина L1 заполняемой секции угольного комбайна определяется в соответствии с требованиями к развитию трещин покрывающих пород на месте работы полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна 11 и эффекта экстракции газа.

Исполнение 1: угольный пласт шахты JI15 представляет собой угольный пласт с низкой проницаемостью и высоким содержанием газа, толщина угольного пласта составляет 3,2 м, средняя толщина угольного пласта JI14 верхнего защитного угольного пласта составляет 0,5 м, а расстояние от угольного пласта JI14 до угольного пласта JI15 составляет 13,5 м, длина угольного комбайна защитного слоя шахты составляет 150 м, высота горной выработки составляет 1,9 м, разрабатывается 1,4 м пласт породы, газ из защитного слоя угольного пласта предварительно отводится и пустая порода засыпается назад в выработку заполняемой секции защитного слоя. Защитный слой угольного комбайна имеет длину 218 м и разрабатывается с использованием полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна. Этапы проектирования длины заполняемой секции, разрабатываемой с использованием полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, представлены следующим образом:

1. Формула расчета суточной добычи пустой породы угольного комбайна JI14-31010:

(1)

В формуле:

M₂ - суточная добыча пустой породы угольного комбайна JI14-31010, т/сут;

μ - подземная скорость отделения пустой породы, от 65% до 100%;

- дневная скорость продвижения, 2,4 м/день;

L₂ - длина угольного комбайна, 150 м;

H_y - высота пласта породы, 1,4 м;

η - плотность породы, 2,4 т/м³.

2. Формула расчета минимального потребления пустой породы угольного комбайна JI15-31010:

(2)

В формуле:

M₁ - суточное потребление пустой породы угольного комбайна JI15-31010, т/сут;

- суточная скорость продвижения угольного комбайна JI15-31010, 2,4 м/сут;

L₁ - длина заполняемой секции угольного комбайна, м;

H₁ - заполняемая высота, 2,3 м;

η_c - кажущаяся плотность рыхлой породы, 1,85 т/м³.

Согласно требованиям к конструкции, суточное потребление пустой породы угольным комбайном JI15-31010 больше суточного выхода пустой породы угольного комбайна JI14-31010, т.е. M₁≥M₂;

Объединив формулы (1) и (2), выражение длины H₁ заполняемой секции угольного комбайна JI15-31010:

(3)

Скорость отделения пустой породы рассчитывается на уровне 90% и подставляется в приведенную выше формулу для получения минимальной длины заполняемой секции L_1ct полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, при добыче угля, которая составляет 106 м; принимая во внимание условия местного применения пористого нижнего разгрузочного конвейера и высоту развития трещины местной покрывающей породы и эффекта дренажа газа, окончательно получаем, что длина заполняемой секции превышает 124 м, степень развития трещины покрывающей породы не облегчает экстракцию газа, окончательно полученная длина L1 заполняемой секции угольного комбайна определяется как 120 м, длина традиционного полностью механизированного угольного комбайна составляет 98 м, а общая длина полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна составляет 218 м.

Изобретение относится к способу определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна. Техническим результатом является обеспечение простого безопасного надежного и высокопроизводительного способа. Способ включает, во-первых, проектирование общей длины полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с требованием производственной мощности шахты; во-вторых, предварительное определение диапазона длин заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с принципом, согласно которому суточная добыча пустой породы угольным комбайном для защитного слоя породы равна массе заполняющих материалов для заполнения выработки заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна; и, наконец, определение длины загрузочной секции угледобывающего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с требованиями к развитию трещин покрывающих пород на месте работы полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна и особенностями движения пласта породы. 4 з.п. ф-лы, 2 пр., 3 ил.

1. Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, включающий: во-первых, проектирование общей длины полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с требованием производственной мощности шахты; во-вторых, предварительное определение диапазона длин заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с принципом, согласно которому суточная добыча пустой породы угольным комбайном для защитного слоя породы равна массе заполняющих материалов для заполнения выработки заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна; и, наконец, определение длины загрузочной секции угледобывающего смешивающего шахтного комбайна в соответствии с требованиями к развитию трещин покрывающих пород на месте работы полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна и особенностями движения пласта породы.

2. Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна по п. 1, в котором суточный выход пустой породы, добываемой из защитного слоя породы, определяют по следующей формуле:

(1),

где – суточная добыча пустой породы защитного слоя породы, т/сут;

μ – подземная скорость отделения пустой породы, %;

– суточная скорость загрузки защитного слоя угольного комбайна, м/сут, определяемая режущим устройством угольной шахты и временем резания угля;

– длина защитного слоя очистного комбайна, м, определяемая длиной газоотводной скважины;

– высота пласта защитного слоя очистного комбайна, м, определяемая глубиной развития трещины угольного пола;

η – плотность породы, т/м³.

3. Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна по п. 1, в котором количество заполняющих материалов для заполнения заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна получают по следующей формуле:

(2),

где – суточное потребление пустой породы полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, т/сут;

– суточная скорость работы полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м/сут, определяемая годовой производительностью;

– длина заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего смешивающего шахтного комбайна, м, определяемая выходом пустой породы и пропускной способностью скребкового лезвия;

– заполняемая высота, м, определяемая высотой подвеса конвейера и увеличенным объемом, загружаемым под свод; а также

– кажущаяся плотность рыхлых пород, т/м³.

4. Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна по п. 1, в котором для специально спроектированного диапазона длин заполняемой секции угледобывающего смешивающего шахтного комбайна комбинацией формул (1) и (2), диапазон длин заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна определяют как:

(3).

5. Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна по п. 1, в котором длина заполняемой секции угольного комбайна определяется в соответствии с местным развитием трещин покрывающей породы угольного комбайна и особенностями движения горной породы.