СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО КРУТОГО ПЛАСТА С ВЫПУСКОМ УГЛЯ ВЫШЕЛЕЖАЩЕЙ ТОЛЩИ Российский патент 2019 года по МПК E21C41/18 E21D9/10 E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к механизированной выемке угля из мощных крутых пластов, и может быть использовано при разработке мощных крутонаклонных пластов, мощность которых больше максимальной высоты секций механизированной крепи.

Известен способ разработки мощного крутого пласта, включающий проведение одного или двух слоевых штреков и ведение буровзрывной выемки от дальней границы выемочного участка к ближней с управлением горным давлением обрушением кровли [Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых. Учебник для вузов / Под общ. ред. А.С. Бурчакова. 3-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, с. 350-351 (аналог)]. Недостатками способа являются необходимость проведения большого удельного объема подготовительных выработок, высокий уровень ручного труда, повышенная опасность ведения очистных работ.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ разработки мощного пласта комплексом оборудования, состоящим из двух секций механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа и перегружателя, расположенного между секциями крепи. Проводят горизонтальную выработку до границы выемочного участка, где монтируют указанный комплекс. В массиве вышележащей толщи проводят дополнительную горизонтальную выработку, из которой воздействуют на массив, нарушая его сплошность и тем самым разупрочняя его. При движении комплекса обратным ходом разупрочненную вышележащую толщу выпускают посредством выпускных окон, выполненных в ограждениях секций крепи, на перегружатель [Пат.78864 RU, МПК E21D 23/00. «Механизированная крепь для отработки мощных крутопадающих пластов подэтажной выемкой», В.И. Клишин, Д.И. Кокоулин, Б. Кубанычбек, заявка 2008129446 от 17.07.2008, опубл. 10.12.2008, бюл. №34 (прототип)].

Недостатками прототипа являются:

- проведение горизонтальной выработки осуществляют одними средствами механизации, а ведение работ по выпуску - другими, что требует двойных затрат на ведение монтажно-демонтажных работ и на сами средства механизации;

- необходимость проведения дополнительной выработки в массиве вышележащей толщи, что требует затрат времени, труда и материалов;

- во время ведения работ по выпуску угля из вышележащей толщи возможно появление крупногабаритных кусков, перекрывающих выпускное окно секции крепи;

- большие эксплуатационные потери угля, связанные с тем, что уголь, лежащий на почве выработки высотой до нижнего края выпускного окна, не может быть погружен в транспортное средство и теряется.

Эти недостатки снижают эффективность разработки мощных крутых пластов.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки мощного крутого угольного пласта за счет использования трансформируемых средств механизации и создания приемно-погрузочной зоны на почве выработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки мощного крутого пласта с выпуском угля вышележащей толщи, включающем проведение горизонтальной выработки до границы выемочного участка прямым ходом, подготовку массива вышележащей толщи к выпуску угля нарушением его сплошности, монтаж секций крепи и перегружателя и выпуск угля вышележащей толщи на перегружатель при движении обратным ходом, в соответствии с техническим решением, монтаж секций крепи и перегружателя осуществляют в начале горизонтальной выработки, которую проводят с их участием, перед началом работ по выпуску угля вышележащей толщи создают приемно-погрузочную зону трансформированием призабойного ряда секций механизированной крепи, объем приемно-погрузочной зоны принимают в зависимости от мощности вышележащей толщи, разупрочнение нижней части угольного массива вышележащей толщи, прилегающей к горизонтальной выработке, осуществляют по мере подвигания приемно-погрузочной зоны, а верхней - заблаговременно, поток выпускаемого угля вышележащей толщи направляют в приемно-погрузочную зону наклоном перекрытия секций крепи, дробление крупногабаритных кусков угля осуществляют режущим органом средства механизации проведения выработки.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана расстановка оборудования при проведении тупиковой выработки; на фиг. 2 - то же (вид в плане); на фиг. 3 - создание приемно-погрузочной зоны; на фиг. 4 - то же (вид в плане); на фиг. 5 - начальный этап работ по выпуску угля вышележащей толщи; на фиг. 6 - управление потоком выпускаемого угля вышележащей толщи наклоном перекрытий забойного ряда секций крепи; на фиг. 7 - компоновка выемочной машины; на фиг. 8 - компоновка погрузочной машины (вид сбоку); на фиг. 9 - то же (вид в плане); на фиг. 10 - компоновка секции крепи головной группы (вид сбоку); на фиг. 11 - компоновка секции крепи хвостовой группы (вид сбоку); на фиг. 12 -перенос ограждения приемно-погрузочной зоны над породным вывалом; на фиг. 13 - вскрытие, подготовка и порядок отработки выемочного участка.

В монтажной камере, которую сооружают в начале проводимой выработки, монтируют оборудование, включающее выемочную машину 1, погрузочную машину 2, секции крепи 3, образующие головную группу, и секции крепи 4, образующие хвостовую группу.

Выемочная машина 1 содержит стреловидный телескопический режущий орган 5, поворотный корпус 6, подвижную каретку 7 и гидравлические домкраты 8 качания режущего органа 5.

Погрузочная машина 2 содержит стол 9 с нагребающими лапами 10, наклонную раму 11, скребковый перегружатель 12.

Головная группа 3 содержит две механизированные секции поддерживающей крепи, каждая из которых содержит основание 13, гидравлические домкраты передвижки 14, установленные во внутренней полости основания с забойной стороны, и 15, установленные во внутренней полости основания с противоположной стороны; перекрытие, в свою очередь, состоящее из базового перекрытия 16, поворотного перекрытия 17 и козырька 18. При этом козырек 18 шарнирно связан посредством оси 19 с поворотным перекрытием 17. Базовое перекрытие 16 связано с основанием 13 посредством гидравлических стоек 20, нормально ориентированных к основанию и жестко закрепленных на нем. Поворотное перекрытие 17 шарнирно связано с базовым перекрытием 16 посредством оси 21, ас основанием 13 - посредством гидравлических стоек 22, которые, в свою очередь, шарнирно установлены на основании 13.

Во внутреннем пространстве базового перекрытия 16 размещен выдвижной козырек 23, управляемый посредством гидравлического домкрата 24; во внутреннем пространстве поворотного перекрытия 17 размещен выдвижной козырек 25, управляемый гидравлическим домкратом 26.

Забойный край козырька 18 поддерживает гидравлическая укосина 27, установленная на основании 13 слева в забойном ряду (для правой секции крепи - справа) посредством поворотного гидродвигателя 28. В своей нижней части укосина 27 оснащена проушиной 29.

Хвостовая группа 4 содержит две секции крепи поддерживающего типа, каждая из которых включает основание 30, перекрытие 31 и четыре гидравлические стойки 32, нормально ориентированные к основанию 30. Во внутреннем пространстве перекрытия 31 размещен выдвижной козырек 33, управляемый гидродомкратом 34.

По оси будущей выработки монтируют погрузочную машину 2, ориентируя ее столом 9 с нагребающими лапами 10 в сторону проведения выемочного штрека 35; на ее наклонной раме 11 устанавливают выемочную машину 1, ориентируя ее режущим органом в сторону забоя выемочного штрека 35; справа и слева от погрузочной машины монтируют секции головной группы 3, ориентируя их козырьками 18 в сторону забоя выемочного штрека 35; каждую секцию крепи головной группы 3 гидравлическими домкратами 14 связывают с погрузочной машиной 2; следом за головной группой секций 3 устанавливают секции крепи хвостовой группы 4, соединяя их основания 30 с основаниями 13 крепи головной группы 3 гидравлическими домкратами 15.

Секции крепи головной 3 и хвостовой 4 групп распирают в монтажной камере между почвой кровлей. При этом за счет большей ширины перекрытий по сравнению с шириной оснований, кровля монтажной камеры перерывается почти полностью.

При проведении выемочного штрека 35 выемочную машину 1 передвигают по наклонной раме 11 погрузочной машины 3 в сторону забоя выработки. Режущим органом 5 осуществляет отбойку угля от массива и оформление контура проводимой выработки, в том числе - формирование кровли в виде плоскости параллельной почве выработки.

Отбитый машиной 1 уголь поступает на стол 9 и нагребающими лапами 10 направляется в скребковый перегружатель 12. Для наиболее полного заполнения стола 9 отбитым углем гидравлическими домкратами 14 погрузочную машину 2 передвигают в сторону забоя выработки. Далее скребковый перегружатель 12 грузит уголь в транспортное средство, в качестве которого может быть использован самоходный вагон, скребковый или ленточный конвейеры (не показан).

После подвигания погрузочной машины на величину хода штока домкрата передвижки 14, с секций крепи головной группы 3 снимают распор и передвигают их на шаг передвижки гидравлическими домкратами 15, сокращая при этом длину гидравлических домкратов 14. По окончании передвижки головной группы секций 3, последние распирают между почвой и кровлей выработки и сокращением гидравлических домкратов 15 осуществляют передвижку хвостовой группы секций крепи 4.

После передвижки хвостовой группы секций крепи 4 осуществляют крепление выемочного штрека 35 возведением крепи 36 с затяжкой бортов выработки или без нее в зависимости от их устойчивости. И так далее.

По достижении выемочного штрека 35 границы выемочного поля проведение выработки прекращают, выемочную машину 1, установленную на погрузочной машине 2 передвигают в сторону от забоя по раме 11 погрузочной машины, ориентируя ее режущий орган 5 по оси выработки 35 в пространстве над перегружателем 12, и приступают к созданию приемно-погрузочной зоны 37. Для этого удаляют ось 19, соединяющую козырек 18 с поворотным перекрытием 17. Затем включают поворотные гидродвигатели 28 правой и левой секций крепи головной группы 3 на опускание укосин 27. Вместе с укосинами 27 до почвы выемочного штрека 35 опускаются козырьки 18 правой и левой секций крепи головной группы. При этом, используя простые приспособления, например трос и лебедку, обеспечивают плавное опускание и примерно одновременное достижение козырьками 18 почвы выработки по нормали к ней. Далее из поворотного перекрытия 17 гидродомкратом выдвигают козырек 25, защищая тем самым призабойное пространство от возможных вывалов угля из кровли выработки. Козырьки 18 правой и левой секций крепи связывают накладкой 38. Затем в зависимости от проектной мощности массива вышележащей толщи удлиняют или укорачивают длину укосин 27, обеспечивая требуемую приемную способность зоны 37 (объем); распоркой 39, используя проушины 29, фиксируют установленную длину укосины 27.

В массив вышележащей толщи над приемно-погрузочной зоной 37 пробуривают веером несколько скважин 40, посредством которых провоцируют обрушение угля (например, используя заряды ВВ, гидроразрыв, НРС и др.). Следом, в пространстве между головной 3 и хвостовой 4 группами секций, в массив вышележащей толщи бурят ряд скважин 41, наклоняя их в сторону от забоя выработки 35. Этими скважинами ослабляют массив вышележащей толщи и подготавливают его к выпуску по мере подвигания оборудования. В нижележащий массив бурят ряд скважин 42, также наклоняя их в сторону от забоя выработки 35, и тем самым заблаговременно подготавливая массив нижележащей толщи к выпуску (при проведении следующего выемочного штрека 43 этот массив будет вышележащим и заблаговременно будет подготовлена к выпуску его верхняя часть).

Обрушенный уголь части массива вышележащей толщи поступает самотеком в приемно-погрузочную зону 37, в которой его нагребающими лапами 10 погрузочной машины 2 направляют в перегружатель 12, посредством которого он грузится в транспортное средство. При блочном обрушении угля возможно появление крупногабаритных кусков угля, которые непосредственно на перегружателе разрушают режущим органом 5 выемочной машины 1 до требуемой крупности.

По окончании погрузки первой порции обрушившегося угля передвигают на шаг передвижки секций крепи все оборудование в сторону от забоя, обуривают массив вышележащей толщи со стороны забоя (скважины 40) и в пространстве между головной и хвостовой группами секций крепи (скважины 41), а также массив нижележащей толщи (скважины 42). При необходимости - опять применяют средства, провоцирующие обрушение угля над приемно-погрузочной зоной, используя скважины 40. И так до тех пор, когда после передвижки оборудования не потребуется применения специальных средств, провоцирующих обрушение порции угля.

Начиная с этого момента, прекращают бурение скважин 40, поворотные перекрытия 17 секций крепи головной группы 3, наклоняют в сторону забоя. При этом самообрушившаяся часть массива вышележащей толщи самотеком поступает на наклонное перекрытие, по которому далее следует в приемно-погрузочную зону 37. И так далее.

При возникновении нештатной ситуации, например, заполнении приемно-погрузочной зоны 37 породами кровли ограждение приемно-погрузочной зоны (козырьки 18 правой и левой секций головной группы 3) поднимают посредством укосин 27 поворотными гидродвигателями 28 над вывалами породы и за счет передвижки головной группы секций переносят ограждение над породным вывалом.

После выпуска угля вышележащей толщи на всю длину выработки 35 оборудование демонтируют и переводят в монтажную камеру, сооруженную в начале планируемой выработки 43. Далее как описано выше.

Таким образом: проведение выемочного штрека и ведение очистных работ осуществляют одним и тем же оборудованием, что снижает материальные затраты на подготовку очистного фронта и затраты времени и труда на монтаж-демонтаж проходческого оборудования; создание путем трансформации части секций крепи приемно-погрузочной зоны шириной во всю ширину выемочной камеры, в донной части которой расположен погрузочный стол с нагребающими лапами, и выпуск угля вышележащей толщи именно в эту приемно-погрузочную зону снижает эксплуатационные потери угля; крупногабаритные куски угля, поступившие из вышележащей толщи, могут быть раздроблены до требуемой крупности режущим органом выемочной машины непосредственно в приемно-погрузочной зоне. Кроме того, бурение скважин в массив вышележащей толщи подготавливает последний к выпуску по мере подвигания оборудования, а в массив нижележащей - заблаговременно. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность толщи между соседними выемочными штреками. Все перечисленное свидетельствует о повышении эффективности разработки мощного крутого пласта, т.е. о достижении цели изобретения.

Способ разработки мощного крутого пласта с выпуском угля вышележащей толщи включает проведение горизонтальной выработки до границы выемочного участка прямым ходом, монтаж секций крепи и перегружателя, подготовку массива вышележащей толщи к выпуску угля нарушением его сплошности, и выпуск угля вышележащей толщи на перегружатель при движении обратным ходом. Монтаж секций крепи и перегружателя осуществляют в начале горизонтальной выработки, которую проводят с их участием. Перед началом работ по выпуску угля вышележащей толщи создают приемно-погрузочную зону трансформированием призабойного ряда секций механизированной крепи. Объем приемно-погрузочной зоны принимают в зависимости от мощности вышележащей толщи. Разупрочнение нижней части угольного массива вышележащей толщи, прилегающей к горизонтальной выработке, осуществляют по мере подвигания приемно-погрузочной зоны, а верхней – заблаговременно. Поток выпускаемого угля вышележащей толщи направляют в приемно-погрузочную зону наклоном перекрытия секций крепи; дробление крупногабаритных кусков угля осуществляют режущим органом средства механизации проведения выработки. Изобретение позволяет повысить эффективность разработки мощного крутого угольного пласта. 13 ил.

Способ разработки мощного крутого пласта с выпуском угля вышележащей толщи, включающий проведение горизонтальной выработки до границы выемочного участка прямым ходом, подготовку массива вышележащей толщи к выпуску угля нарушением его сплошности, монтаж секций крепи и перегружателя и выпуск угля вышележащей толщи на перегружатель при движении обратным ходом, отличающийся тем, что монтаж секций крепи и перегружателя осуществляют в начале горизонтальной выработки, которую проводят с их участием, перед началом работ по выпуску угля вышележащей толщи создают приемно-погрузочную зону трансформированием призабойного ряда секций механизированной крепи, объем приемно-погрузочной зоны принимают в зависимости от мощности вышележащей толщи, разупрочнение нижней части угольного массива вышележащей толщи, прилегающей к горизонтальной выработке, осуществляют по мере подвигания приемно-погрузочной зоны, а верхней - заблаговременно, поток выпускаемого угля вышележащей толщи направляют в приемно-погрузочную зону наклоном перекрытия секций крепи, дробление крупногабаритных кусков угля осуществляют режущим органом средства механизации проведения выработки.