ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫЙ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2020 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено в основном для разработки как отдельных, так и свиты угольных пластов любой рабочей мощности падением от 5 градусов и выше.

Известен открытый способ разработки пластов (Горная энциклопедия, - М.: Сов. энциклопедия. т. 4, 1989, 623 с., с. 20), включающий вскрытие пластов, открытую разработку пластов уступами, с использованием мощной техники для отбойки, погрузки и транспортировки горной массы, с применением буровзрывных работ. Недостатками открытого способа разработки угольных пластов является наносимый ущерб окружающей среде, связанный с необходимостью отчуждения значительных площадей

сельскохозяйственных земель, воздушному и водному бассейну районов разрабатываемых месторождений, зависимость от климатических и метеорологических условий.

Известен подземный способ добычи угля (полезного ископаемого) (Горная энциклопедия, - М.: Сов. энциклопедия. т. 4, 1989, 623 с., с. 150), включающий вскрытие основного и вентиляционного горизонтов, проведение на них капитальных и подготовительных выработок и всей инфраструктуры для отработки в том числе пластов длинными столбами по простиранию, длинными лавами по падению очистными механизированными комплексами (агрегатами), при этом все перечисленные работы, включая монтаж и демонтаж механизированных комплексов, перемещение горной массы конвейерным транспортом или гидротранспортом осуществляются в замкнутом (закрытом) подземном пространстве. Недостатками подземного способа являются высокая трудоемкость, в основном связанная с монтажом и демонтажом очистного оборудования, повышенная опасность, связанная с горным давлением, водопритоком, газовыделением, горными ударами, а также вследствие этого сравнительно высокая себестоимость добычи угля, что снижает его конкурентоспособность в сравнении с открытой добычей угля.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный (открыто-подземный) способ разработки свиты угольных пластов крутого и наклонного залегания (патент РФ № RU 2039257 С1), включающий вскрытие пластов, открытую карьерную разработку мощного пласта уступами, подземную разработку пластов свиты, а при завершении открытой разработки карьерного поля определяют оптимальную глубину отработки мощного пласта при подземно-открытой технологии его отработки, производят вскрытие этого горизонта работ, при этом вскрытие верхнего вентиляционного горизонта для пластов, расположенных в борту карьера, производят путем проведения по наносам открытой разрезной траншеи по простиранию каждого пласта или хотя бы одного пласта, и отрабатывают их с применением буровзрывных работ и выпуском угля на транспортные средства вскрытого основного горизонта с выдачей угля на поверхность через скиповой подъемник, при этом выработанное пространство после выпуска угля засыпают вскрышными породами или обрушивают потолочину в очистной выработке. Данному способу присущи все недостатки открытого и подземного способов (хотя и частично устраненные), при этом значительно усложняется ведение горных работ, которые предусматривают одновременное выполнение большого количества операций по двум способам, а также усложняется управление этими работами.

Устранение указанных недостатков трех известных способов достигается тем, что определяется предельная глубина разработки угольных пластов свиты, то есть основной горизонт шахты по критерию простого строения пластов (пласта), а маркшейдерская отметка вентиляционного горизонта обуславливается объемом вскрышных работ, производится вскрытие основного (транспортного) горизонта подземным способом и подготовка всей инфраструктуры шахты, обеспечивающей выдачу угля на поверхность конвейерным транспортом или гидротранспортом, а также выемку угля длинными столбами по простиранию, длинными лавами по падению, оборудованными очистными механизированными комплексами (агрегатами), вскрытие каждого пласта свиты открытой разрезной траншеей до уровня вентиляционного горизонта, при этом при разработке отдельных или свиты мощных угольных пластов углом наклона выше 40 градусов дно разрезной траншеи профилируется под работу самоходного копра, передвигающегося по двухколейному рельсовому пути, один из которых прокладывается по горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта, а другой по горизонтальной площадке, примыкающей к кровле пласта на всем его протяжении по простиранию, копер состоит из двух платформ с ходовым устройством, промежуточной рамы с двумя механизированными створками для открытия и закрытия монтажного окна и вентилятором с вентиляционной трубой, подшкивной площадки со шкивами и блоками с монтажным окном и механизированными створками, установленной на стойках с подкосами, закрепленных на платформах, на платформах располагаются монтажные лебедки и все вспомогательное оборудование, включая помещения оператора и обслуживающего персонала, обеспечивающее проведение разрезной печи сверху вниз по предварительно пробуренной снизу скважине со спуском угля на транспортный (основной) горизонт; монтаж и пусконаладочные работы очистного механизированного комплекса (агрегата); механизированную выемку угля (эксплуатационные работы) с автоматической системой управления, пульт которой расположен в помещении оператора; при окончании всех подготовительных работ производится обшивка копра (условно не показано), очистные (подземные) работы ведутся одновременно с открытыми работами по вскрытию пласта разрезной траншеей, но с опережением на расстояние, обеспечивающее безопасность этих работ, в объем которых также входит закрепление пород кровли, а при необходимости и почвы пласта, длинными канатными анкерами, которые устанавливаются ниже уровня площадок почвы и кровли пласта на всем его протяжении по простиранию, а размер закрепления по падению пласта определяется горно-геологическими характеристиками вмещающих пород, а также последовательная засыпка (закладка) выработанного пространства после выемки угля пустой породой или путем обрушения вмещающих пород, и последующая засыпка разрезной траншеи горной массой и грунтом до уровня поверхности земли, восстановление нарушенного открытыми работами прежнего ландшафта.

Вместе с тем при разработке отдельных или свиты весьма тонких, тонких и средней мощности угольных пластов углом наклона выше 5 градусов, а также мощных пластов углом наклона менее 40 градусов применяется самоходный копер, состоящий из одной платформы (рамы) с ходовым устройством, передвигающейся по колее рельсового пути, расположенного на горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта на всем его протяжении по простиранию, и жестко соединенной с ней (платформой) консольной рамы, которая перекрывает выход пласта по нормали от почвы до кровли на уровне вентиляционного горизонта. Свободная сторона консольной рамы по длине промежуточной рамы снабжена предохранительным щитком и двумя опорными гидродомкратами. При этом монтажные лебедки и все вспомогательное оборудование, с помещениями оператора и обслуживающего персонала, расположено на этой платформе, включая подшкивную площадку со стойками, опирающимися на контурные балки этой платформы.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 схема вскрытия по отработке пластов крутого падения вскрыто-подземным способом

Фиг. 2 схема вскрытия по отработке пологих пластов вскрыто-подземным способом

Фиг. 3 вид самоходного копра спереди

Фиг. 4 вид самоходного копра в плане

Фиг. 5 вид самоходного копра сбоку

Фиг.6 общая схема в плане участка по разработке пласта вскрыто-подземным способом

Фиг. 7 вид самоходного копра с консольной рамой спереди

Определяется предельная глубина разработки угольных пластов свиты, то есть основной горизонт шахты по критерию простого строения пластов (пласта), а маркшейдерская отметка вентиляционного горизонта обуславливается объемом вскрышных работ, производится вскрытие этих пластов и горизонта в целом, проводятся все горно-подготовительные работы (вся инфраструктура) по подготовке шахты к очистным работам длинными столбами по простиранию по системе лава-этаж, в том числе проводимые с поверхности наклонные стволы (условно не показаны), квершлаг 1, штреки 2, разрезные печи 3. При этом от границ шахтного поля по простиранию одновременно или поочередно производится вскрытие участков (на 30-50 м, возможно с двух сторон) каждого пласта разрезной траншеей 4, до уровня вентиляционного горизонта 5 (горизонтальные площадки), при этом дно траншеи, включая выемку (нишу) 6 пласта на глубину 4-5 м, профилируется под работу самоходного копра 7, передвигающегося по двухколейному рельсовому пути 8, проложенному по горизонтальным площадкам висячего 9 и лежачего 10 бортов пласта, которые могут располагаться на разных уровнях в зависимости от угла наклона пласта, состоящего из двух платформ 11, 12 с ходовыми устройствами 13, со стопорами (захватами) 14, промежуточной рамы 15, с двумя механизированными створками 16, для открывания-закрывания монтажного окна 17, вентилятором 18 с вентиляционными ставами (трубами) 19, подшкивной площадки 20 с механизированными створками 21 для открытия-закрытия монтажного окна 22, и шкивов (блоков) 23, при этом подшкивная площадка (рама) установлена на стойках 24, с подкосами 25, закрепленных на платформах 11, 12, на площадках которых размещены и закреплены лебедки 26, помещение оператора 27, помещение обслуживающего персонала 28 и вспомогательного оборудования 29, обеспечивающие механизированную добычу угля в лаве.

Одна из лебедок, установленных на платформе 12, предназначена для проведения разрезной печи 3, уголь которой при проходке спускается по предварительно пробуренной снизу скважине (условно не показано) на основной транспортный горизонт, после проведения разрезной печи производится монтаж очистного механизированного комплекса 30, который выполняется в следующем порядке: подвозимые на транспорте элементы комплекса при помощи автокрана 31 через окно 22 опускают в рабочее пространство копра, где подвешивают на монтажную лебедку, комплектуют небольшими фрагментами и через окно 17 опускают в разрезную печь 3, в которой производят окончательную сборку механизированного комплекса 30. После монтажа и пусконаладочных работ забойного оборудования (очистного механизированного комплекса) начинается выемка угля длинными столбами по простиранию по системе лава-этаж с использованием автоматической системы управления, включающей автоматизированный контроль (видео) за работой всех элементов механизированного комплекса с пульта управления, расположенного в помещении оператора 27. При окончании всех подготовительных работ производится обшивка копра (условно не показано).

При этом открытые работы по вскрытию пласта разрезной траншеей 32 ведутся с опережением на расстояние, обеспечивающее безопасность производства этих работ, в объем которых входит закрепление пород кровли, а при необходимости и почвы пласта, длинными канатными анкерами 33, которые устанавливаются ниже уровня площадок почвы и кровли пласта на всем его протяжении по простиранию, а размер закрепления по падению пласта определяется горно-геологическими характеристиками вмещающих пород, а также засыпка (закладка) 34 выработанного пространства после выемки угля пустой породой или путем обрушения вмещающих пород, и последующая засыпка разрезной траншеи горной массой и грунтом до уровня поверхности земли 35, восстановление нарушенного открытыми работами прежнего ландшафта.

При разработке весьма тонких, тонких и средней мощности пластов самоходный копер 7 состоит из одной платформы (рамы) 12 с ходовым устройством 13, передвигающейся по колее рельсового пути 8, расположенного на горизонтальной площадке 10, примыкающей к почве пласта на всем его протяжении по простиранию, и жестко соединенной с платформой консольной рамы 36, которая перекрывает выход пласта по нормали от почвы до кровли на уровне вентиляционного горизонта. Свободная сторона консольной рамы снабжена двумя опорными гидродомкратами 37, которые соединены лыжей 38 и предохранительным щитком 39, обеспечивающим защиту выхода лавы на поверхность от попадания туда кусков породы, по всей по длине рамы. При этом все вспомогательное оборудование, обеспечивающее подготовительные и очистные работы механизированной лавы, помещения оператора 27 и обслуживающего персонала 28, расположены на этой платформе, включая подшкивную площадку со стойками, опирающимися на контурные балки этой платформы.

Варианты открыто-подземного способа разработки пластовых месторождений полезных ископаемых предназначены для разработки как отдельных, так и свиты угольных пластов любой рабочей мощности падением от 5 градусов и выше. Подготовительные и очистные работы с применением механизированных комплексов осуществляются подземным способом, при этом выходы лав каждого пласта на уровне вентиляционного горизонта вскрываются разрезной траншеей, дно которой на выходе пласта профилируется под работу самоходного копра. В первом варианте самоходный копер передвигается по двухколейным рельсовым путям, один из которых прокладывается по горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта, а другой - по горизонтальной площадке, примыкающей к кровле пласта на всем его протяжении по простиранию. Копер состоит из двух платформ с ходовым устройством, промежуточной рамы с двумя механизированными створками для открытия и закрытия монтажного окна и вентилятором с вентиляционной трубой, подшкивной площадки со шкивами и блоками с монтажным окном и механизированными створками, установленной на стойках с подкосами, закрепленных на платформах. Во втором - самоходный копер состоит из одной платформы с ходовым устройством, передвигающейся по колее рельсового пути, расположенного на горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта на всем его протяжении по простиранию, и жестко соединенной с платформой консольной рамы, которая перекрывает выход пласта по нормали от почвы до кровли на уровне вентиляционного горизонта, при этом свободная сторона консольной рамы по длине снабжена предохранительным щитком и двумя опорными гидродомкратами. На платформах располагаются монтажные лебедки и все вспомогательное оборудование, включая помещения оператора и обслуживающего персонала, обеспечивающее проведение разрезной печи сверху вниз по предварительно пробуренной снизу скважине со спуском угля на основной транспортный горизонт; монтаж и пусконаладочные работы очистного механизированного комплекса; механизированную выемку угля длинными столбами по простиранию по системе лава-этаж с автоматической системой управления. Пульт расположен в помещении оператора. При окончании всех подготовительных работ производится обшивка копра. Очистные подземные работы ведутся одновременно с открытыми работами по вскрытию пласта разрезной траншеей, но с опережением на расстояние, обеспечивающее безопасность этих работ. В объем работ входит закрепление пород кровли, а при необходимости и почвы пласта, длинными канатными анкерами, которые устанавливаются ниже уровня площадок почвы и кровли пласта на всем его протяжении по простиранию. Размер закрепления по падению пласта определяется горно-геологическими характеристиками вмещающих пород. Ведётся последовательная засыпка или закладка выработанного пространства после выемки угля пустой породой или путем обрушения вмещающих пород и последующая засыпка разрезной траншеи горной массой и грунтом до уровня поверхности земли, восстановление нарушенного открытыми работами прежнего ландшафта. Применение способа позволяет снизить трудоемкость монтажных-демонтажных работ. Очистные работы выполняются без присутствия людей (безлюдная технология), производительность труда возрастает в 5-10 раз, снижается себестоимость добычи полезного ископаемого, повышается безопасность труда. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Открыто-подземный способ разработки отдельных или свиты мощных угольных пластов углом наклона выше 40 градусов, включающий определение оптимальной глубины отработки пласта при подземно-открытой технологии его отработки, вскрытие основного транспортного горизонта подземным способом и подготовку всей инфраструктуры шахты, обеспечивающей выдачу угля на поверхность конвейерным транспортом или гидротранспортом, а также выемку угля длинными столбами по простиранию, длинными лавами по падению, оборудованными очистными механизированными комплексами, вскрытие каждого пласта свиты открытой разрезной траншеей до уровня вентиляционного горизонта, отличающийся тем, что определяется предельная глубина разработки угольных пластов свиты, то есть основной горизонт шахты по критерию простого строения пласта или свиты пластов, а маркшейдерская отметка вентиляционного горизонта обуславливается объемом вскрышных работ, дно разрезной траншеи профилируется под работу самоходного копра, передвигающегося по двухколейным рельсовым путям, один из которых прокладывается по горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта, а другой - по горизонтальной площадке, примыкающей к кровле пласта на всем его протяжении по простиранию, копер состоит из двух платформ с ходовым устройством, промежуточной рамы с двумя механизированными створками для открытия и закрытия монтажного окна и вентилятором с вентиляционной трубой, подшкивной площадки со шкивами и блоками с монтажным окном и механизированными створками, установленной на стойках с подкосами, закрепленных на платформах, на платформах располагаются монтажные лебедки и все вспомогательное оборудование, включая помещения оператора и обслуживающего персонала, обеспечивающее: проведение разрезной печи сверху вниз по предварительно пробуренной снизу скважине со спуском угля на основной транспортный горизонт; монтаж и пусконаладочные работы очистного механизированного комплекса; механизированную выемку угля длинными столбами по простиранию по системе лава-этаж с автоматической системой управления, пульт которой расположен в помещении оператора; при окончании всех подготовительных работ производится обшивка копра, очистные подземные работы ведутся одновременно с открытыми работами по вскрытию пласта разрезной траншеей, но с опережением на расстояние, обеспечивающее безопасность этих работ, в объем которых также входит закрепление пород кровли, а при необходимости и почвы пласта, длинными канатными анкерами, которые устанавливаются ниже уровня площадок почвы и кровли пласта на всем его протяжении по простиранию, а размер закрепления по падению пласта определяется горно-геологическими характеристиками вмещающих пород, а также последовательная засыпка или закладка выработанного пространства после выемки угля пустой породой или путем обрушения вмещающих пород и последующая засыпка разрезной траншеи горной массой и грунтом до уровня поверхности земли, восстановление нарушенного открытыми работами прежнего ландшафта.

2. Открыто-подземный способ разработки отдельных или свиты весьма тонких, тонких и средней мощности угольных пластов углом наклона выше 5 градусов, а также мощных пластов углом наклона менее 40 градусов, включающий определение оптимальной глубины отработки пласта при подземно-открытой технологии его отработки, вскрытие основного транспортного горизонта подземным способом и подготовку всей инфраструктуры шахты, обеспечивающей выдачу угля на поверхность конвейерным транспортом или гидротранспортом, а также выемку угля длинными столбами по простиранию, длинными лавами по падению, оборудованными очистными механизированными комплексами, вскрытие каждого пласта свиты открытой разрезной траншеей до уровня вентиляционного горизонта, отличающийся тем, что определяется предельная глубина разработки угольных пластов свиты, то есть основной горизонт шахты по критерию простого строения пласта или свиты пластов, а маркшейдерская отметка вентиляционного горизонта обуславливается объемом вскрышных работ, дно разрезной траншеи профилируется под работу самоходного копра, самоходный копер состоит из одной платформы с ходовым устройством, передвигающейся по колее рельсового пути, расположенного на горизонтальной площадке, примыкающей к почве пласта на всем его протяжении по простиранию, и жестко соединенной с платформой консольной рамы, которая перекрывает выход пласта по нормали от почвы до кровли на уровне вентиляционного горизонта, при этом свободная сторона консольной рамы по длине снабжена предохранительным щитком и двумя опорными гидродомкратами, на платформе располагаются монтажные лебедки и все вспомогательное оборудование, включая помещения оператора и обслуживающего персонала, обеспечивающее: проведение разрезной печи сверху вниз по предварительно пробуренной снизу скважине со спуском угля на основной транспортный горизонт; монтаж и пусконаладочные работы очистного механизированного комплекса; механизированную выемку угля длинными столбами по простиранию по системе лава-этаж с автоматической системой управления, пульт которой расположен в помещении оператора; при окончании всех подготовительных работ производится обшивка копра, очистные подземные работы ведутся одновременно с открытыми работами по вскрытию пласта разрезной траншеей, но с опережением на расстояние, обеспечивающее безопасность этих работ, в объем которых также входит закрепление пород кровли, а при необходимости и почвы пласта, длинными канатными анкерами, которые устанавливаются ниже уровня площадок почвы и кровли пласта на всем его протяжении по простиранию, а размер закрепления по падению пласта определяется горно-геологическими характеристиками вмещающих пород, а также последовательная засыпка или закладка выработанного пространства после выемки угля пустой породой или путем обрушения вмещающих пород и последующая засыпка разрезной траншеи горной массой и грунтом до уровня поверхности земли, восстановление нарушенного открытыми работами прежнего ландшафта.