СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ СЦЕМЕНТИРОВАННОГО УГЛЯ И ПРОЦЕСС ОТКРЫТОЙ ДОБЫЧИ НА ПРОДОЛЬНОМ УКЛОНЕ Российский патент 2021 года по МПК E21F15/06 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области закладки при разработке и процессам разработки, а конкретно - к системе и технологическому процессу закладки и разработки сцементированного угля в продольном склоне карьера.

Уровень техники изобретения

Продолжительное время разработка некоторых карьеров в Китае велась с высокой интенсивностью. Следовательно, угольные ресурсы, которые легко разрабатываются в пределах карьера, на данный момент практически полностью извлечены. Однако в уклоне карьера находится большое количество сцементированных ресурсов. Если этот уголь не добыть, это будет большой растратой угольных залежей, что неблагоприятно скажется на устойчивом развитии угольной шахты, а также приведет к утрате государством большого количества ресурсов. Кроме того, оставшийся уголь будет подвержен выветриванию из-за продолжительного контакта с кислородом и легко может спонтанно воспламениться, вследствие чего он представляет серьезную угрозу для безопасности окружающей среды и населенных пунктов.

В целом, сцементированный в уклоне уголь добывают по способу добычи из продольного уклона. Однако в ситуации, когда верхний пласт разрушен, а также при недостатке прочности добыча из продольного уклона легко может спровоцировать обвал крупного участка верхней части пласта, из-за которого будут нанесены повреждения механическому оборудованию, а также подвергнуты опасности рабочие. При разработке продольного уклона для соблюдения техники безопасности при добыче необходимо оставлять большое количество угольных целиков. Оставляемые угольные целики влияют на скорость угледобычи, а также легко могут спровоцировать спонтанную аварию с возгоранием. Кроме того, разработка продольного уклона приводит к оседанию поверхности, вследствие чего усложняется работа с уклоном.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения. По настоящему изобретению предлагается система закладки и разработки сцементированного угля в продольном склоне карьера для преодоления недостатков существующей технологии разработки. Настоящее изобретение обеспечивает не только возможность извлечения большого количества угольных ресурсов, но также возможность снижения оседания поверхности, за счет чего обеспечиваются безопасность горной выработки и устойчивость уклона.

Техническое решение, применяемое в настоящем изобретении:

система закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне по настоящему изобретению, включающая в себя проходческий комбайн для автоматической проходки туннеля под продольным уклоном с целью угледобычи, на котором шарнирно закреплен механический манипулятор, который соединен с выпускным концом закладочной трубы; этот манипулятор протягивает и укладывает закладочную трубу в туннеле; впускной конец закладочной трубы соединен с наружным насосом подачи закладочного материала; этот насос имеет внешнее соединение с впуском Ρ двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана; два выпуска (А и В) двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана соответственно соединены с закладочной трубой в туннеле и внешним резервуаром сточных вод; в нижней пачке перед выработанным пространством туннеля просверлено вертикальное отверстие; там установлена закладная контрольная трубка; и с двух сторон внутри контрольной трубки выше нижней пачки соответствующим образом расположены два электрода, имеющих внешнее соединение с электромагнитом двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана посредством электрических проводов.

Кроме того, механический манипулятор состоит из шарнирного и неподвижного рычагов L-образной формы, подвижно подвешенных в верхней части; вертикальная часть неподвижного рычага прикреплена к горизонтальной; шарнирный рычаг располагается на внутренней стороне неподвижного зеркальным образом и состоит из телескопической и горизонтальной частей с подвижным подвесом; на горизонтальной части имеются несколько отверстий для штифтов;

на переднем конце закладочной трубы установлена кольцевая арматура; она приварена к нависающей платформе; в этой платформе имеются отверстия для штифтов, совпадающие с такими же отверстиями на горизонтальной части шарнирного рычага.

Телескопическая часть шарнирного рычага состоит из верхней большой и нижней малой труб, соединенных вместе посредством муфты.

Контрольная трубка изготовлена из ПВХ трубы; верхний край с отверстием на 200 мм выше нижней пачки; два электрода расположены симметрично с двух сторон внутри трубы в той же горизонтальной плоскости, что и нижняя поверхность нижней пачки; а также электроды не могут проводить ток друг между другом.

Технологический процесс закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне карьера по настоящему изобретению, включающий в себя следующие этапы:

(1) Проходка туннеля и автоматическая угледобыча: применение проходческого комбайна для автоматической проходки туннеля и угледобычи, а также транспортировка угля из туннеля по резиновому ленточному транспортеру;

(2) Автоматическая укладка труб: вытягивание механического манипулятора проходческого комбайна для протягивания закладочной трубы; автоматическая укладка закладочной трубы на дне с одной стороны туннеля при движении проходческого комбайна; приостановление угледобычи при достижении проходческим комбайном границы добычи; извлечение устройств из заложенного туннеля и оставление закладочной трубы в нем;

(3) Закрытие входа в туннель: создание закладочной полости на входе в туннель и применение этой полости для закладки и закрытия туннеля способом расширения;

(4) Автоматическая закладка через трубы: запуск насоса подачи закладочного материала с выполнением различных процессов закладки: закачки воды в трубу, закачки цементационного раствора для проталкивания воды, укладки уплотненного закладочного материала для проталкивания цементационного раствора и закачки этого материала насосом; и

(5) Автоматический контроль заполнения туннеля: после заполнения туннеля и контрольной трубки уплотненным закладочным материалом происходит замыкание электродов с двух сторон, которые передают сигнал на двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан через контрольную трубку, тем самым давая команду насосу подачи закладочного материала на прекращение подачи пульпы в закладочную трубу, за счет чего реализуется автоматический контроль заполнения туннеля, и его закладка завершается.

Дополнительно процесс автоматической укладки труб включает в себя: до входа проходческого комбайна в туннель шарнирный рычаг механического манипулятора и кольцевая арматура собираются в один узел с помощью штифта; при движении проходческого комбайна вперед механический манипулятор соединяется с кольцевой арматурой и тянет закладочную трубу вперед; после остановки комбайн убирает неподвижный рычаг, и его опорный штифт постепенно размыкается; в завершение шарнирный рычаг отсоединяется от кольцевой арматуры, и закладочная труба остается на месте.

Также процесс автоматического контроля заполнения туннеля включает в себя: до полного заполнения туннеля и контрольной трубки уплотненным закладочным материалом два электрода не замкнуты и удерживают двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан в нормальном состоянии, то есть, в состоянии соединения насоса подачи закладочного материала с закладочной трубой; при этом выполняется закладка туннеля. После полного заполнения туннеля и контрольной трубки уплотненным закладочным материалом два электрода замыкаются и переводят двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан в состояние электрического возбуждения, то есть, подсоединяют насос подачи закладочного материала к резервуару сточных вод, за счет чего осуществляется сброс уплотненного закладочного материала из насоса в резервуар, и закладка туннеля завершается.

Положительные эффекты: в сравнении с предыдущим уровнем техники система закладки и разработки по настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

(1) В настоящем изобретении сочетаются процесс разработки с уплотненным закладочным материалом для подземной шахты и процесс разработки с проходкой туннеля в продольном уклоне, за счет чего решается проблема сложности извлечения угля из продольного уклона карьера, а также повышается степень извлечения полезных ресурсов.

(2) По настоящему изобретению реализуются автоматическая угледобыча и закладка безлюдной груди забоя, обеспечивается возможность повышения производительности и безопасности производства на груди забоя, а также снижение производственных издержек и трудозатрат.

(3) По настоящему изобретению обеспечивается обработка крупных твердых отходов, таких как выработанные породы, вынутый грунт и т.д. Оно соответствует требованию экологически безопасной разработки, обеспечивает уменьшение оседания поверхности, спровоцированного разработкой продольного уклона, а также соответствие требованию к устойчивости уклона.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический вид технологического процесса добычи сцементированного угля в продольном уклоне карьера по настоящему изобретению;

фиг. 2 - схематический вид технологического процесса закладки сцементированного угля в продольном уклоне карьера по настоящему изобретению;

фиг. 3 - схематический вид неподвижного рычага по настоящему изобретению;

фиг. 4 - схематический вид шарнирного рычага по настоящему изобретению;

фиг. 5 - схематический вид кольцевой арматуры по настоящему изобретению;

фиг. 6 - схематический вид контрольной трубки по настоящему изобретению;

фиг. 7 - схематический вид способа протяжки трубы механическим манипулятором по настоящему изобретению;

фиг. 8 - схематический вид расстыковки механического манипулятора с трубой по настоящему изобретению; и

фиг. 9 - схематический вид принципа автоматического контроля заполнения туннеля по настоящему изобретению.

Чертежи: 1. Проходческий комбайн; 2. Продольный уклон; 3. Туннель; 4. Сцементированный уголь в продольном уклоне; 5. Закладочная труба; 6. Закладочная полость; 7. Насос подачи закладочного материала; 8. Контрольная трубка; 9. Резервуар сточных вод; 10. Кольцевая арматура; 11. Нависающая платформа; 12. Механический манипулятор; 121. Шарнирный рычаг; 122. Неподвижный рычаг; 13. Штифт; 141. Электрод а; 142. Электрод b; 15. Бункер насоса подачи закладочного материала; 16. Двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан; 17. Электромагнит.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

По настоящему изобретению предлагается технологический процесс закладки и разработки сцементированного угля в продольном склоне карьера, который обеспечивает не только возможность извлечения большого количества угольных ресурсов, но также возможность снижения оседания поверхности, за счет чего обеспечиваются безопасность горной выработки и устойчивость уклона.

Далее описание настоящего изобретения будет приводиться в сочетании с чертежами.

Система закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне карьера по настоящему изобретению, представленная на фиг. 1 и 2, имеет следующую структуру: проходческий комбайн 1 осуществляет автоматическую проходку туннеля 3 под уклоном 2 с целью добычи сцементированного угля 4; грабельными кулачками проходческого комбайна 1 уголь грузится на скребковый транспортер посередине, после чего передается на резиновый ленточный транспортер и транспортируется к выходу из туннеля 3; механический манипулятор, шарнирно закрепленный на проходческом комбайне 1, соединен с выпускным концом закладочной трубы; этот манипулятор протягивает и укладывает закладочную трубу в туннеле 3 при движении комбайна 1; впускной конец закладочной трубы 5 соединен с наружным насосом подачи закладочного материала 7; этот насос имеет внешнее соединение со впуском Ρ двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана 16; два выпуска (А и В) двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана 16 соответственно соединены с закладочной трубой 5 в туннеле и внешним резервуаром сточных вод 9; в нижней пачке перед выработанным пространством туннеля 3 просверлено вертикальное отверстие; там установлена закладная контрольная трубка 8; и с двух сторон внутри контрольной трубки 8 выше нижней пачки соответствующим образом расположены два электрода, имеющие внешнее соединение с электромагнитом 17 двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана 16 посредством электрических проводов.

Механический манипулятор 12 состоит из шарнирного 121 и неподвижного рычагов 122 L-образной формы, подвижно подвешенных в верхней части; вертикальная часть неподвижного рычага 122 прикреплена к горизонтальной части 2, как представлено на фиг. 3; шарнирный рычаг 121 располагается на внутренней стороне неподвижного 122 зеркальным образом и состоит из телескопической и горизонтальной частей с подвижным подвесом; на горизонтальной части имеются несколько отверстий для штифтов, как представлено на фиг. 4.

Телескопическая часть шарнирного рычага состоит из верхней большой и нижней малой труб, соединенных вместе посредством муфты.

На переднем конце закладочной трубы 5 установлена кольцевая арматура 10; как представлено на фиг. 5, она приварена к нависающей платформе 11; в этой платформе имеются отверстия для штифтов, совпадающие с такими же отверстиями на горизонтальной части шарнирного рычага 121.

Контрольная трубка 8 изготовлена из ПВХ трубы; верхний край с отверстием на 200 мм выше нижней пачки; два электрода расположены симметрично с двух сторон внутри трубы в той же горизонтальной плоскости, что и нижняя поверхность нижней пачки; а также электроды не могут проводить ток друг между другом, как представлено на фиг. 6.

Технологический процесс закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне карьера по настоящему изобретению, включающий в себя следующие этапы:

(1) Проходка туннеля и автоматическая угледобыча: применение проходческого комбайна 1 для автоматической проходки туннеля и угледобычи, а также транспортировка угля из туннеля 3 по резиновому ленточному транспортеру;

(2) Автоматическая укладка труб: вытягивание механического манипулятора 12 проходческого комбайна 1 для протягивания закладочной трубы 5; автоматическая укладка закладочной трубы 5 на дне с одной стороны туннеля 3; приостановление угледобычи при достижении проходческим комбайном 1 границы добычи; возврат проходческого комбайна 1 и резинового ленточного транспортера из туннеля 3 посредством автоматического обратного перемещения комбайна и с помощью погрузчика для содействия извлечению, а также оставление закладочной трубы 5 в туннеле;

(3) Закрытие входа в туннель: создание закладочной полости 6 на входе в туннель и применение этой полости для закладки и закрытия туннеля способом расширения;

(4) Автоматическая закладка через трубы: запуск насоса 7 подачи закладочного материала с выполнением различных процессов закладки: закачки воды в трубу, закачки цементационного раствора для проталкивания воды, укладки уплотненного закладочного материала для проталкивания цементационного раствора и закачки этого материала насосом; и

(5) Автоматический контроль заполнения туннеля: после заполнения туннеля и контрольной трубки уплотненным закладочным материалом происходит замыкание электродов с двух сторон, которые передают сигнал на двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан 16 через контрольную трубку, тем самым давая команду насосу подачи закладочного материала 7 на прекращение подачи пульпы в закладочную трубу 5, за счет чего реализуется автоматический контроль заполнения туннеля, и его закладка завершается.

Дополнительно процесс автоматической укладки труб включает в себя: до входа проходческого комбайна 1 в туннель 3 шарнирный рычаг 121 механического манипулятора 12 и кольцевая арматура 10 собираются в один узел с помощью штифта 13; при движении проходческого комбайна 1 вперед механический манипулятор 12 соединяется с кольцевой арматурой 10 и тянет закладочную трубу 5 вперед, как представлено на фиг. 7; после остановки комбайн 1 убирает неподвижный рычаг 122, и его опорный штифт 13 постепенно размыкается; в завершение шарнирный рычаг 121 отсоединяется от кольцевой арматуры 10, и закладочная труба 5 остается на месте, как представлено на фиг. 8.

Также процесс автоматического контроля заполнения туннеля включает в себя: до полного заполнения туннеля и контрольной трубки 8 уплотненным закладочным материалом два электрода не замкнуты и удерживают двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан 16 в нормальном состоянии, то есть, в состоянии соединения насоса подачи закладочного материала 7 с закладочной трубой 5; при этом выполняется закладка туннеля. После полного заполнения туннеля и контрольной трубки 8 уплотненным закладочным материалом два электрода замыкаются и переводят двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан 16 в состояние электрического возбуждения, то есть, подсоединяют насос подачи закладочного материала 7 к резервуару сточных вод 9, за счет чего осуществляется сброс уплотненного закладочного материала из насоса в резервуар 9, и закладка туннеля завершается, как представлено на фиг. 9.

Заявлена система закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне карьера, а также процесс разработки с использованием заявленной системы. Техническим результатом является улучшение технологии разработки, а также повышение безопасности горной выработки и устойчивости уклона. Система закладки и разработки включает проходческий комбайн, автоматически осуществляющий проходку туннеля под продольным уклоном с целью угледобычи. На проходческом комбайне шарнирно закреплен механический манипулятор, который соединен с выпускным концом закладочной трубы. Манипулятор протягивает и укладывает закладочную трубу в туннеле. Впускной конец закладочной трубы соединен с наружным насосом подачи закладочного материала. Насос подачи закладочного материала имеет внешнее соединение со впуском двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана. Два выпуска двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана соответственно соединены с закладочной трубой в туннеле и внешним резервуаром сточных вод. В нижней пачке перед выработанным пространством туннеля просверлено вертикальное отверстие. В отверстии установлена закладная контрольная трубка. С двух сторон внутри контрольной трубки выше нижней пачки соответствующим образом расположены электроды, имеющие внешнее соединение с электромагнитом двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана посредством электрических проводов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система закладки и разработки сцементированного угля в продольном уклоне карьера, отличающаяся тем, что проходческий комбайн (1) автоматически осуществляет проходку туннеля (3) под продольным уклоном (2) с целью угледобычи; на проходческом комбайне (1) шарнирно закреплен механический манипулятор (12), который соединен с выпускным концом закладочной трубы (5); этот манипулятор протягивает и укладывает закладочную трубу в туннеле (3); впускной конец закладочной трубы (5) соединен с наружным насосом подачи закладочного материала (7);

насос подачи закладочного материала (7) имеет внешнее соединение со впуском Ρ двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана (16); два выпуска (А и В) двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана (16) соответственно соединены с закладочной трубой (5) в туннеле и внешним резервуаром сточных вод (9);

в нижней пачке перед выработанным пространством туннеля (3) просверлено вертикальное отверстие; там установлена закладная контрольная трубка (8); и с двух сторон внутри контрольной трубки (8) выше нижней пачки соответствующим образом расположены электроды, имеющие внешнее соединение с электромагнитом (17) двухпозиционного трехходового электромагнитного клапана (16) посредством электрических проводов.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что механический манипулятор (12) состоит из шарнирного (121) и неподвижного (122) рычагов L-образной формы, подвижно подвешенных в верхней части; вертикальная часть неподвижного рычага (122) прикреплена к горизонтальной; шарнирный рычаг (121) располагается на внутренней стороне неподвижного рычага (122) зеркальным образом и состоит из телескопической и горизонтальной частей с подвижным подвесом; на горизонтальной части имеются несколько отверстий для штифтов;

на переднем конце закладочной трубы (5) установлена кольцевая арматура (10); приваренная к нависающей платформе (11); в этой платформе имеются отверстия для штифтов, совпадающие с такими же отверстиями на горизонтальной части шарнирного рычага (121).

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что телескопическая часть шарнирного рычага (121) состоит из верхней большой и нижней малой труб, соединенных вместе посредством муфты.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контрольная трубка (8) изготовлена из ПВХ трубы; верхний край с отверстием на 200 мм выше нижней пачки; два электрода расположены симметрично с двух сторон внутри трубы в той же горизонтальной плоскости, что и нижняя поверхность нижней пачки; а также электроды не могут проводить ток друг между другом.

5. Процесс разработки с использованием системы по любому из пп. 1-4, включающий следующие этапы:

(1) проходка туннеля и автоматическая угледобыча: применение проходческого комбайна (1) для автоматической проходки туннеля и угледобычи, а также транспортировка угля из туннеля (3) по резиновому ленточному транспортеру;

(2) автоматическая укладка труб: вытягивание механического манипулятора (12) проходческого комбайна (1) для протягивания закладочной трубы (5); автоматическая укладка закладочной трубы (5) на дне с одной стороны туннеля (3) при непрерывном движении проходческого комбайна (1); приостановление угледобычи при достижении проходческим комбайном (1) границы добычи; извлечение устройств из заложенного туннеля и оставление закладочной трубы (5) в нем;

(3) закрытие входа в туннель: создание закладочной полости (6) на входе в туннель и применение этой полости для закладки и закрытия туннеля способом расширения;

(4) автоматическая закладка через трубы: запуск насоса подачи закладочного материала (7) с выполнением различных процессов закладки: закачки воды в трубу, закачки цементационного раствора для проталкивания воды, укладки уплотненного закладочного материала для проталкивания цементационного раствора и закачки этого материала насосом; и

(5) автоматический контроль заполнения туннеля: после заполнения туннеля и контрольной трубки уплотненным закладочным материалом происходит замыкание электродов с двух сторон, которые передают сигнал на двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан (16) через контрольную трубу, тем самым давая команду насосу подачи закладочного материала (7) на прекращение подачи пульпы в закладочную трубу (5), за счет чего реализуется автоматический контроль заполнения туннеля, и его закладка завершается.

6. Процесс с использованием системы по п. 5, отличающийся тем, что процесс автоматической укладки труб включает в себя:

до входа проходческого комбайна (1) в туннель (3) шарнирный рычаг (121) механического манипулятора (12) и кольцевая арматура (10) собираются в один узел с помощью штифта (13); при движении проходческого комбайна (1) вперед механический манипулятор (12) соединяется с кольцевой арматурой (10) и тянет закладочную трубу (5) вперед; после остановки комбайн (1) убирает неподвижный рычаг (122), и его опорный штифт (13) постепенно размыкается; в завершение шарнирный рычаг (121) отсоединяется от кольцевой арматуры (10), и закладочная труба (5) остается на месте.

7. Процесс с использованием системы по п. 5, отличающийся тем, что процесс автоматического контроля заполнения туннеля включает в себя:

до полного заполнения туннеля и контрольной трубки (8) уплотненным закладочным материалом два электрода не замкнуты и удерживают двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан (16) в нормальном состоянии, то есть в состоянии соединения насоса подачи закладочного материала (7) с закладочной трубой (5); при этом выполняется закладка туннеля;

после полного заполнения туннеля и контрольной трубки (8) уплотненным закладочным материалом два электрода замыкаются и переводят двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан (16) в состояние электрического возбуждения, то есть подсоединяют насос подачи закладочного материала (7) к резервуару сточных вод (9), за счет чего осуществляется сброс уплотненного закладочного материала из насоса в резервуар (9), и закладка туннеля завершается.