СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ ПРИ КАМЕРНОЙ РАЗРАБОТКЕ С ПОМОЩЬЮ МОНОЛИТНОГО ЗАПОЛНЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ЦЕЛИКОВ Российский патент 2019 года по МПК E21C41/18 E21F15/06 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу извлечения угольных целиков при камерной разработке, в частности, к способу извлечения угольных целиков при камерной разработке и предотвращения аварийных ситуаций, связанных с остаточными угольными целиками.

Существующий уровень техники

Камерно-столбовая разработка уже давно применяется на угольных месторождениях на западе Китая, в результате накопилось большое количество неизвлеченных угольных целиков. Если взять в качестве примера Юлинь (провинция Шаньси), то всего в Юлине 247 угольных шахты, в 75% или 201 из которых применяется камерно-столбовая разработка. Добыча угля методом камерно-столбовой разработки составляет всего 30-50%, а только в Ордосе общая масса угольных целиков составляет почти 7 миллиардов тонн. Это существенная трата угольных запасов страны. Также при долгосрочной нагрузке прочностные характеристики угольных целиков ухудшаются, что может представлять значительный риск.

В настоящее время национальная и международная наука добилась крупных успехов в разработке способов извлечения угольных целиков. Однако большая часть этих способов не обеспечивает рост добычи угля и отличается низкой степенью механизации. Если рассматривать традиционный способ извлечения угольных целиков с последующим заполнением вынутой породой, то его недостатки заключаются в высокой стоимости извлечения целиков и сложности процесса обратного заполнения и извлечения. Следовательно, разработка безопасного способа извлечения угольных целиков, способствующего увеличению добычи угля и снижению расходов на извлечение, представляет большое практическое значение и обладает широкими перспективами по применению.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы сгладить недостатки существующего уровня техники и предложить способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков, отличающийся простотой и обеспечивающий увеличение показателя добычи угля.

Техническое решение

В настоящем изобретении предлагается способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков, включающий в себя следующие этапы:

а. извлечение угольных целиков с помощью горного комбайна, при этом поддержка перекрывающих пластов обеспечивается за счет заполнителя и искусственных целиков: подача монолитных и цементирующих материалов с земли по скважине и трубопроводу в камерно-столбовую выработку;

б. установка нужного количества искусственных целиков через определенный промежуток в пространство выработки между угольными целиками, заполнение пространства между искусственными целиками, утрамбовка и упрочнение заполнителя;

в. извлечение угольных целиков по одному при поддержке свода искусственными целиками и заполнителем с помощью горного комбайна до тех пор, пока не будут извлечены все угольные целики.

Процесс извлечения угольных целиков состоит из следующих этапов:

а. сооружение опалубок для целиков, длина стороны которых составляет 4 м, и установка их через равные промежутки в пространстве выработки с одной стороны угольных целиков, возведение подпорных стенок в опалубках для целиков, при этом подпорные стенки должны быть герметичны и полностью соприкасаться со сводом;

б. отливка искусственных целиков путем заливки цементного раствора в опалубки, а когда высота раствора достигнет отметки 50 мм ниже уровня свода, увеличение концентрации раствора и соединение искусственных целиков со сводом в процессе отливки;

в. после отливки искусственных целиков заполнение выработки пустой породой с помощью специального устройства, утрамбовка и упрочнение бульдозеров;

г. повтор этапов а-в и завершение заполнения выработки с другой стороны угольных целиков;

д. горизонтальное извлечение угольных целиков с помощью горного комбайна челночным методом, когда прочность искусственных целиков и заполнителя будет равна исходному напряжению;

е. отливка искусственных целиков в зоне извлечения угольного целика и заполнение области, где был угольный целик, пустой породой с помощью специального устройства по принципу «сначала разработка, потом заполнение».

Искусственные целики устанавливают на расстоянии от 15 м до 17 м, предпочтительно 16 м.

Полезный эффект

Вышеописанное техническое решение согласно настоящему изобретению обеспечивает безопасное и эффективное извлечение остаточных угольных целиков, целесообразно с экономической точки зрения и представляет особую значимость для исследований в области технологии добычи угля. Настоящее техническое решение особенно пригодно для применения в области извлечения угольных целиков и предотвращения аварийных ситуаций в результате износа остаточных угольных целиков. Настоящее изобретение выгодно отличается от существующего уровня техники тем, что оно позволяет значительно сократить объем затрат на извлечение целиков из камерно-столбовых выработок, повысить безопасность в процессе извлечения, повысить объем добычи угля, упростить процесс заполнения и извлечения и открыть новые возможности для извлечения остаточных угольных целиков на аналогичных угольных месторождениях в Китае. Настоящее изобретение способствует увеличению уровня добычи угля, обогащает теоретические знания о горном деле в Китае, позволяет сочетать разработку полезных ископаемых с охраной окружающей среды и обладает существенной научно-технологической значимостью. Способ отличается простотой, удобством и широкой применимостью в указанной области.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - схема, иллюстрирующая технический принцип действия способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 2(a) - вид сверху расположения искусственных целиков при применении

способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 2(б) - вид в разрезе расположения искусственных целиков при применении способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 3(a) - вид сверху процесса упрочнения и заполнения при применении способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 3(б) - вид в разрезе процесса упрочнения и заполнения при применении способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 4(a) - вид сверху процесса извлечения и заполнения при применении способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению;

Фигура 4(б) - вид в разрезе процесса извлечения и заполнения при применении способа извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков согласно настоящему изобретению.

На фигурах: 1-скважина подачи материала, 2-подающий трубопровод, 3-монолитный материал, 4-цементирующий материал, 5-угольный целик, 6-искусственный целик, 7-заполнитель, 8-устройство для заполнения пустой породой, 9-выработка, 10-горный комбайн, 11-опалубка для целика, 12-свод.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приводится подробное описание технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

В настоящем изобретении предлагается способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков, включающий в себя следующие этапы:

а. извлечение угольных целиков 5 с помощью горного комбайна, при этом поддержка перекрывающих пластов обеспечивается за счет заполнителя и искусственных целиков: подача монолитных 3 и цементирующих материалов 4 с земли по скважине 1 и трубопроводу 2 в камерно-столбовую выработку 9;

б. установка нужного количества искусственных целиков 6 через определенный промежуток в пространство выработки 9 между угольными целиками, заполнение пространства между искусственными целиками 6 пустой породой с применением специального устройства для отливки пустой породы 8, утрамбовка и упрочнение заполнителя бульдозером, формирование заполнителя 7, при этом расстояние между искусственными целиками составляет от 15 до 17 м, предпочтительно 16 м;

в. извлечение угольных целиков 5 по одному при поддержке свода искусственными целиками 6 и заполнителем 7 с помощью горного комбайна 10, до тех пор, пока не будут извлечены все целики, отливка искусственных целиков 6 в зоне извлечения угольного целика и заполнение области, где был угольный целик, пустой породой. Система для извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков включает в себя главным образом систему подачи материала, систему комбинированных опор и систему извлечения угольных целиков.

Процесс извлечения отдельного угольного целика состоит из следующих этапов:

а. сооружение опалубки 11, длина стороны которой составляет 4 м, и установка через равные промежутки в пространстве выработки 9 с одной стороны угольных целиков 5, возведение подпорных стенок в опалубках 11 для целиков, при этом подпорные стенки должны быть герметичны и полностью соприкасаться со сводом 12;

б. отливка искусственных целиков 6 путем заливки цементного раствора в опалубки 11, при этом заливка выполняется многократно снизу вверх во избежание неравномерности прочностных характеристик в вертикальном направлении искусственных целиков 6, которое возможно при расслоении раствора при однократной заливке, когда высота раствора достигнет отметки 50 мм ниже уровня свода 12, увеличение концентрации раствора и соединение искусственных целиков 6 со сводом 12 в процессе отливки;

в. после отливки искусственных целиков 6 заполнение выработки 9 пустой породой с помощью специального устройства 8, утрамбовка и упрочнение бульдозера;

г. повтор этапов а-в и завершение заполнения выработки 9 с другой стороны угольных целиков 5;

д. горизонтальное извлечение угольных целиков 5 с помощью горного комбайна 10 челночным методом, когда прочность искусственных целиков 6 и заполнителя 7 будет равна исходному напряжению в породе;

е. отливка искусственных целиков 6 в зоне извлечения угольного целика 5 и заполнение области, где был угольный целик 5, пустой породой с помощью специального устройства 8 по принципу «сначала разработка, потом заполнение».

Изобретение относится к способу извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков. Монолитные и цементирующие материалы с земли подают по скважине и трубопроводу в камерно-столбовую выработку, в зоне выработки изготавливают искусственные целики, а для заложения других участков выработки отливают блоки пустой породы с применением специального устройства. Свод выработки опирается на искусственные целики и заполнители, угольные целики извлекают с помощью горного комбайна, после извлечения на место угольных целиков помещают искусственные целики, а остальное пространство рядом с искусственными целиками заполняют блоками пустой породы с применением специального устройства. Система для извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков включает в себя главным образом систему подачи материала, систему комбинированных опор и систему извлечения угольных целиков. Техническим результатом является увеличение добычи угля и усовершенствование технологии разработки угольных месторождений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков, включающий в себя следующие этапы:

а. извлечение угольных целиков (5) с помощью горного комбайна, при этом поддержка перекрывающих пластов обеспечивается за счет заполнителя и искусственных целиков: подача монолитных (3) и цементирующих материалов (4) с земли по скважине (1) и трубопроводу (2) в камерно-столбовую выработку (9);

б. установка нужного количества искусственных целиков (б) через определенный промежуток в пространство выработки (9) между угольными целиками, заполнение пространства между искусственными целиками (6) пустой породой с применением специального устройства для отливки пустой породы (8), утрамбовка и упрочнение заполнителя бульдозером, формирование заполнителя (7);

в. извлечение угольных целиков (5) по одному при поддержке свода искусственными целиками (6) и заполнителем (7) с помощью горного комбайна (10) до тех пор, пока не будут извлечены все целики.

2. Способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков по п. 1, отличающийся тем, что процесс извлечения отдельного угольного целика состоит из следующих этапов:

а. сооружение опалубки (11), длина стороны которой составляет 4 м, и установка через равные промежутки в пространстве выработки (9) с одной стороны угольных целиков (5), возведение подпорных стенок в опалубках (11) для целиков, при этом подпорные стенки должны быть герметичны и полностью соприкасаться со сводом (12);

б. отливка искусственных целиков (6) путем заливки цементного раствора в опалубки (11), когда высота раствора достигнет отметки 50 мм ниже уровня свода (12), увеличение концентрации раствора и соединение искусственных целиков (6) со сводом (12) в процессе отливки;

в. после отливки искусственных целиков (6) заполнение выработки (9) пустой породой с помощью специального устройства (8), утрамбовка и упрочнение бульдозера;

г. повтор этапов а-в и завершение заполнения выработки (9) с другой стороны угольных целиков (5);

д. горизонтальное извлечение угольных целиков (5) с помощью горного комбайна (10) челночным методом, когда прочность искусственных целиков (6) и заполнителя (7) будет равна исходному напряжению в породе;

е. отливка искусственных целиков (6) в зоне извлечения угольного целика (5) и заполнение области, где был угольный целик (5), пустой породой с помощью специального устройства (8) по принципу «сначала разработка, потом заполнение».

3. Способ извлечения угольных целиков при камерной разработке с помощью монолитного заполнения и использования искусственных целиков по п. 2, отличающийся тем, что расстояние между искусственными целиками (6) составляет от 15 до 17 м, предпочтительно 16 м.