СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО ПОЛОГОГО ПЛАСТА С ВЫПУСКОМ УГЛЯ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ И МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК E21C41/18 E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к выемке угля из мощных пологих пластов средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер.

Известен способ разработки мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи, включающий комбайновую выемку угля в подсечном слое (слое у почвы пласта), транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя скребковым конвейером, поддержание рабочего пространства секциями механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа и выпуск угля массива подкровельной толщи на забойный конвейер через выпускные окна в ограждениях секций крепи [Клишин, В.И. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля / В.И. Клишин, Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин, Б. Кубанычбек уулу. - Новосибирск: Наука, 2007 - 135 с. (аналог способа)].

Недостатком этого способа является то, что массив подкровельной толщи разрушается, в основном, под действием горного давления, которое нарастает по мере удаления от забоя выработки. Это означает, что эффективное разрушение массива подкровельной толщи будет происходить не над выпускным окном секции крепи, а несколько дальше от него - в выработанное пространство. То есть значительная часть угля обрушенной подкровельной толщи будет потеряна в выработанном пространстве, что увеличивает эксплуатационные потери полезного ископаемого в недрах.

Известна конструкция секции механизированной крепи, содержащая перекрытие, шарнирно связанное с ограждением с одной его стороны, основание, шарнирно связанное с ограждением с другой его стороны, гидростойки, связанные с основанием и перекрытием, гидродомкраты передвижки, установленные на основании, проем, выполненный в ограждении и желоб с бортами, установленный в проеме ограждения [Клишин, В.И. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля / В.И. Клишин, Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин, Б. Кубанычбек уулу. - Новосибирск: Наука, 2007. - 135 с. (аналог крепи)].

Недостатком данной конструкции является то, что только часть угля подкровельной толщи при обрушении сможет попасть в проем в ограждении, другая, большая часть этого угля, упадет на почву за ограждением и будет потеряна в выработанном пространстве.

Наиболее близким по технической сущности, является способ, разработки мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи, принятый в качестве прототипа, включающий комбайновую выемку угля в подсечном слое (слое у почвы пласта), транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя скребковым конвейером, поддержание рабочего пространства секциями механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, улавливание обрушающегося угля массива подкровельной толщи и выпуск его на забойный конвейер через выпускные окна в ограждениях секций крепи [RU 182240 U1, 09.08.2018, бюл. № 22, на полезную модель, МПК E21D 23/04; Секция механизированной крепи очистного забоя с устройством принудительного выпуска угля; заявка № 2018104348, заявлено 05.02.2018, патентообладатель ФИЦ УУХ СО РАН (прототип способа)].

Массив угля подкровельной толщи разрушается силами горного давления после прохода секций крепи. В связи с этим и улавливание угля необходимо осуществлять в зоне обрушения. Но так как мощность подкровельной толщи может быть больше мощности подсечного слоя, то эта зона может быть вытянута в направлении выработанного пространства больше, чем принятые устройства, обеспечивающие улавливание и выпуск угля на забойный конвейер. Недостаток способа состоит в отсутствии управляющего воздействия на массив подкровельной толщи, провоцирующего начало выпуска в зависимости от устойчивости массива.

Наиболее близкой конструкцией механизированной крепи, принятой в качестве прототипа, является секция механизированной крепи очистного забоя с устройством принудительного выпуска угля, содержащая перекрытие, шарнирно связанное с ограждением с одной его стороны, основание, шарнирно связанное с ограждением с другой его стороны, гидростойки, связанные с основанием и перекрытием, гидродомкраты передвижки, установленные на основании, проем, выполненный в ограждении, желоб с бортами, установленный в проеме ограждения, наклонный лоток, присоединенный к ограждению шарнирно с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на уровне нижнего края проема со стороны выработанного пространства, и металлический бункер, выполненный в виде короба, имеющего один вход сверху и два выхода снизу, один из которых выполнен в створе с проемом в ограждении, другой - в створе с лотком [RU 182240 U1, 09.08.2018, бюл. № 22, на полезную модель, МПК E21D 23/04; Секция механизированной крепи очистного забоя с устройством принудительного выпуска угля; заявка № 2018104348, заявлено 05.02.2018, патентообладатель ФИЦ УУХ СО РАН (прототип крепи)].

Недостатком прототипа крепи является то, что бункер с лотком конструктивно связаны с секцией крепи - при передвижке секции крепи передвигаются и лоток, и бункер. В случае незначительного зависания массива потолочины, а это вполне реальная ситуация, его самообрушение произойдет в выработанное пространство, что ведет к увеличению эксплуатационных потерь угля в недрах.

Перечисленные недостатки снижают эффективность добычи угля из мощных пологих пластов.

Целью изобретения является повышение эффективности разработки мощных пологих пластов средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер за счет постепенного снижения удельного распорного усилия крепи в зоне выпуска путем разделения ее составных частей и многократного увеличения приемной способности секции крепи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки мощного пологого пласта с выпуском угля подкровельной толщи, включающем комбайновую выемку угля в подсечном слое, транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя скребковым конвейером, поддержание рабочего пространства секциями механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, улавливание обрушающегося угля массива подкровельной толщи и выпуск его на забойный конвейер через выпускные окна в ограждениях секций крепи, массив подкровельной толщи готовят к выпуску по мере подвигания забоя подсечного слоя для чего применяют кинематически связанные секции механизированной крепи, включающие внутреннюю и наружную части, в очистном забое устанавливают внутреннюю часть крепи и распирают между почвой и кровлей, затем пододвигают к ней наружную часть крепи, предварительно установленную по оси вслед, наружную часть крепи также распирают между почвой и кровлей, наружную и внутреннюю часть крепи соединяют лотком, после выемки комбайном первой полосы угля передвигают став конвейера к забою на шаг передвижки, снимают распорное усилие с внутренней части крепи, передвигают к забою и распирают между почвой и кровлей, после выемки второй полосы угля и передвижки става конвейера к забою опять передвигают внутреннюю часть крепи, оставляя наружную часть на месте, массовый выпуск угля подкровельной толщи организуют после третьей передвижки, снимая распорное усилие с гидравлических стоек наружной части.

Поставленная цель достигается также тем, что в секции механизированной крепи для осуществления способа разработки мощного пологого пласта с выпуском угля подкровельной толщи, содержащей перекрытие, шарнирно связанное с ограждением с одной его стороны, основание, шарнирно связанное с ограждением с другой его стороны, гидростойки, связанные с основанием и перекрытием, гидродомкраты передвижки, установленные на основании, проем, выполненный в ограждении, желоб с бортами, установленный в проеме ограждения, наклонный лоток, присоединенный к ограждению на уровне нижнего края проема со стороны выработанного пространства, и металлический бункер, в соответствии с техническим решением секция включает внутреннюю и наружную части, кинематически связанные между собой, наружная часть содержит две боковины, каждая из которых включает основание, перекрытие, рычаг и гидростойку, с завальной стороны боковины жестко связаны ограждением, к верхнему краю которого шарнирно присоединен лоток, ориентированный в створе с проемом внутренней части, и шарнирно же крышка, лоток по средней линии снабжен ребром жесткости, а по боковым сторонам - шарнирными боковинами, а нижний наружный край перекрытия внутренней части снабжен выступом

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показано исходное положение оборудования в монтажной камере; на фиг. 2 - внутренняя часть секции крепи (вид сбоку); на фиг. 3 - то же в разрезе; на фиг. 4 - то же (вид со стороны выработанного пространства); на фиг. 5 - наружная часть секции крепи (аксонометрическая проекция); на фиг. 6 - компоновка лотка (аксонометрическая проекция); на фиг. 7 - положение оборудования в забое после первой передвижки внутренних секций; на фиг. 8 - то же после второй передвижки; на фиг. 9 - то же после третьей передвижки; на фиг. 10 - то же в момент интенсивного трещинообразования в массиве подкровельной толщи при выпуске угля; на фиг. 11 - передвижка наружных секций.

Способ разработки мощного пологого пласта может быть осуществлен следующим образом.

В монтажной камере 1 в подсечном слое монтируют секции механизированной крепи 2, устанавливая их бок о бок по всей длине очистного забоя, скребковый забойный конвейер 3 и на его раме - очистной комбайн 4.

Секция механизированной крепи 2 состоит из двух частей - внутренней 5 и наружной 6.

Внутренняя часть секции крепи 5 содержит основание 7, перекрытие 8, гидравлические стойки 9, ограждение 10, питатель 11, гидравлические домкраты передвижки (не показаны).

В ограждении 10, шарнирно связанном с основанием 7 с одной своей стороны и аналогичным образом с перекрытием 8 с другой своей стороны выполнен сквозной прямоугольный проем 12, объединяющий рабочее пространство забоя с выработанным. По обеим боковым сторонам проема 12 к ограждению 10 приварены борта 13 - стенки желоба для выпуска угля подкровельной толщи на забойный конвейер.

Основание 7 с завальной стороны снабжено двумя параллельными вертикально ориентированными боковинами 14, в верхней части каждой из которых ближе к завальному краю выполнено отверстие 15, а сам верхний край каждой боковины выполнен под уклоном в сторону забоя, причем угол наклона верхнего края боковины принимают из условия обеспечения самотечного транспорта угля по металлической поверхности.

В пространстве между бортами 13 поверх боковин 14 укладывают металлический лист 16 - днище желоба, который жестко, например сваркой, связывают с боковинами 14. Ниже нижнего края листа 16 также в пространстве между бортами 13 устанавливают питатель 11.

На каждой боковой стороне перекрытия 8 по его нижнему краю выполнена полочка 17, выступающая наружу.

Наружная часть 6 секции крепи 2 содержит основание 18, два рычага 19, две гидравлические стойки 20 и два перекрытия 21.

Основание 18 катамаранного типа, так как состоит из двух полозьев 22, двух боковин 23, стяжки 24. Полозья 22 установлены параллельно друг другу на расстоянии не менее ширины внутренней части 5 секции 2. В верхней части боковин 23 ближе к завальному краю выполнены отверстия 25, в которые вставлена ось-стяжка 26, обеспечивающая ширину пространства между полозьями 22 не менее ширины внутренней части 5 секции крепи 2; нижние края боковин 23 также связаны стяжкой 24 аналогичной длины. Высоту боковин 2 принимают больше, чем высоту боковин 14 внутренней части 5 крепи 2. Пространство между боковинами 23 со стороны выработанного пространства закрывают крышкой 27, шарнирно подвешенной посредством оси-стяжки 26.

Рычаг 19 одной своей стороной шарнирно связан с соответствующей боковиной 23 основания 18, с другой также шарнирно - с перекрытием 21.

Гидравлическая стойка 20 шарнирно связана с соответствующими полозом 22 и перекрытием 21.

В очистном забое (монтажной камере) устанавливают внутреннюю часть 5 и распирают ее между почвой и кровлей, затем пододвигают к ней наружную часть 6, предварительно установленную по оси вслед. При этом перекрытие 21 размещают в пространстве между кровлей и полочкой 17 внутренней части 5. Наружную часть 6 также распирают между почвой и кровлей.

В прямоугольный проем 12 заводят лоток 28, который одним краем (забойным) свободно укладывают на днище желоба 16 внутренней части 5, а другой (завальный) - шарнирно связывают посредством оси-стяжки 26 с наружной частью 6.

Лоток 28 содержит днище 29 с приваренным посередине вдоль оси ребром жесткости 30 и три пары откидных бортов 31, 32 и 33, связанных с боковыми гранями днища 29 подпружиненными шарнирами 34. При этом длина каждого откидного борта примерно равна шагу передвижки внутренней части 5 секции крепи 2, а высота - не менее половинной разницы между шириной внутренней части 5 и прямоугольного проема 12. В исходном положении (крепь в сборе) откидные борта 31, 32, 33 вплотную прилегают к бортам 13 внутренней части 5 и ориентированы вертикально.

Добычу угля осуществляют следующим образом. После того как очистной комбайн 4, двигаясь по раме забойного конвейера 3, снимет полосу угля в подсечном слое передвигают став конвейера 3 к забою на шаг передвижки. При этом используют домкраты передвижки (не показаны). Затем снимают распорное усилие с внутренней части 5 секции крепи 2 и теми же домкратами передвигают внутренние части 5 к забою. При этом наружная часть 6 крепи 2 остается на месте в распертом состоянии. Во время движения внутренней части 5 забойный край лотка 28 скользит по днищу желоба 16, а завальный - поворачивается вокруг оси-стяжки 26 наружной части 6. Кроме того, в конце хода внутренней части 5 относительно наружной части 6 высвобождается подпружиненная пара откидных бортов 33, которые раскрываются и свободными краями прилегают к рычагам 19, перекрывая тем самым щели, образовавшиеся в результате отхода внутренней части секции. У забоя нижнюю часть 5 останавливают и распирают между почвой и кровлей. Теперь призабойная часть потолочины поддерживается внутренними частями секции крепи, а оставшаяся, удаленная от забоя, - внешними. При этом удельное распорное усилие удаленной от забоя части потолочины резко снижается. В результате при слабых, трещиноватых углях возможны нарушения сплошности потолочины и локальные выпуски угля подкровельной толщи.

После выемки второй полосы угля и передвижки става забойного конвейера опять передвигают внутренние части секций крепи, оставляя наружные на месте. В результате второй передвижки раскрывается пара откидных бортов 32, а удельное распорное усилие на удаленную часть потолочины еще больше снижается.

Массовый выпуск угля подкровельной толщи организуется после третьей передвижки внутренних частей секций крепи и раскрытия откидных бортов 31. Осуществляется это следующим образом. Снимают распорное усилие с гидравлических стоек 20, а сами стойки 20 незначительно сокращают по длине; перекрытия 21 теряют контакт с кровлей и нижним краем ложатся на полочку 17 перекрытия 8 внутренней части 5 секции крепи 2. В результате удаленная от забоя часть потолочины освобождается от поддержания - начинается самопроизвольное разрушение части массива подкровельной толщи. Под действием гравитации кусковой уголь подкровельной толщи поступает в «бункер», образованный прямоугольным проемом внутренней части 5, с одной стороны, и рычагами 19, лотком 28 - с другой. Приемная способность такого «бункера» многократно превышает приемную способность прямоугольного проема внутренней части 5 секции крепи 2. По лотку 28 выпускаемый уголь поступает на днище 16 внутренней части 5 секции крепи и далее на забойный конвейер 3.

После осуществления выпуска части массива подкровельной толщи, домкратами передвижки, установленными под днищем желоба 16 и лотком 28 (не показаны), передвигают наружные части 6 секций крепи до забоя вслед за внутренними 5, где их распирают между почвой и кровлей.

Поскольку ни днище желоба 16, ни лоток 28 не имеют жесткой связи с бортами, то возможны просыпания мелкокускового угля в пространство между полозьями 22. Во время движения наружной части 5 секции крепи на расстояние равное трем шагам передвижки внутренней части 5, крепь наезжает на угольную просыпь, которая оставаясь на месте, открывает крышку 27 и далее остается в выработанном пространстве.

Во время движения наружной части 6 относительно внутренней части 5 лоток 28 своим забойным краем скользит по днищу 16 и наезжает откидными бортами 31 на борта 13 в проеме 12. За счет этого движения борта 13 преодолевают сопротивление пружин (не показаны) в шарнирном соединении откидных бортов 31 с лотком 28 и устанавливают их вертикальное положение; то же самое относится к откидным бортам 32 и 33.

Далее как описано выше.

Таким образом, постепенное снижение удельного распорного усилия крепи в зоне выпуска оказывает воздействие на массив подкровельной толщи, провоцирующее начало разрушения массива подкровельной толщи в зависимости от его устойчивости, а разделение составных частей секции крепи многократно увеличивает ее приемную способность. В совокупности это обеспечивает повышение эффективности разработки мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер и свидетельствует о достижении поставленной цели.

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к выемке угля из мощных пологих пластов средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер. Способ разработки мощного пологого пласта с выпуском угля подкровельной толщи, включающий комбайновую выемку угля в подсечном слое, транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя скребковым конвейером, поддержание рабочего пространства секциями механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, улавливание обрушающегося угля массива подкровельной толщи и выпуск его на забойный конвейер через выпускные окна в ограждениях секций крепи. Массив подкровельной толщи готовят к выпуску по мере подвигания забоя подсечного слоя, для чего применяют кинематически связанные секции механизированной крепи, включающие внутреннюю и наружную части. В очистном забое устанавливают внутреннюю часть крепи и распирают между почвой и кровлей, затем пододвигают к ней наружную часть крепи, предварительно установленную по оси вслед. Наружную часть крепи также распирают между почвой и кровлей. Наружную и внутреннюю часть крепи соединяют лотком. После выемки комбайном первой полосы угля передвигают став конвейера к забою на шаг передвижки, снимают распорное усилие с внутренней части крепи, передвигают к забою и распирают между почвой и кровлей. После выемки второй полосы угля и передвижки става конвейера к забою опять передвигают внутреннюю часть крепи, оставляя наружную часть на месте. Массовый выпуск угля подкровельной толщи организуют после третьей передвижки, снимая распорное усилие с гидравлических стоек наружной части. Секция механизированной крепи для осуществления этого способа содержит перекрытие, шарнирно связанное с ограждением с одной его стороны, основание, шарнирно связанное с ограждением с другой его стороны, гидростойки, связанные с основанием и перекрытием, гидродомкраты передвижки, установленные на основании, проем, выполненный в ограждении, желоб с бортами, установленный в проеме ограждения, наклонный лоток, присоединенный к ограждению на уровне нижнего края проема со стороны выработанного пространства, и металлический бункер. Секция включает внутреннюю и наружную части, кинематически связанные между собой. Наружная часть содержит две боковины, каждая из которых включает основание, перекрытие, рычаг и гидростойку. С завальной стороны боковины жестко связаны ограждением, к верхнему краю которого шарнирно присоединен лоток, ориентированный в створе с проемом внутренней части, и шарнирно же крышка. Лоток по средней линии снабжен ребром жесткости, а по боковым сторонам - шарнирными боковинами, а нижний наружный край перекрытия внутренней части снабжен выступом. Техническим результатом является повышение эффективности разработки мощных пологих пластов средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер за счет постепенного снижения удельного распорного усилия крепи в зоне выпуска. 2 н.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ разработки мощного пологого пласта с выпуском угля подкровельной толщи, включающий комбайновую выемку угля в подсечном слое, транспортирование отбитого угля вдоль очистного забоя скребковым конвейером, поддержание рабочего пространства секциями механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, улавливание обрушающегося угля массива подкровельной толщи и выпуск его на забойный конвейер через выпускные окна в ограждениях секций крепи, отличающийся тем, что массив подкровельной толщи готовят к выпуску по мере подвигания забоя подсечного слоя, для чего применяют кинематически связанные секции механизированной крепи, включающие внутреннюю и наружную части, в очистном забое устанавливают внутреннюю часть крепи и распирают между почвой и кровлей, затем пододвигают к ней наружную часть крепи, предварительно установленную по оси вслед, наружную часть крепи также распирают между почвой и кровлей, наружную и внутреннюю часть крепи соединяют лотком, после выемки комбайном первой полосы угля передвигают став конвейера к забою на шаг передвижки, снимают распорное усилие с внутренней части крепи, передвигают к забою и распирают между почвой и кровлей, после выемки второй полосы угля и передвижки става конвейера к забою опять передвигают внутреннюю часть крепи, оставляя наружную часть на месте, массовый выпуск угля подкровельной толщи организуют после третьей передвижки, снимая распорное усилие с гидравлических стоек наружной части.

2. Секция механизированной крепи для осуществления способа разработки по п. 1, содержащая перекрытие, шарнирно связанное с ограждением с одной его стороны, основание, шарнирно связанное с ограждением с другой его стороны, гидростойки, связанные с основанием и перекрытием, гидродомкраты передвижки, установленные на основании, проем, выполненный в ограждении, желоб с бортами, установленный в проеме ограждения, наклонный лоток, присоединенный к ограждению на уровне нижнего края проема со стороны выработанного пространства, и металлический бункер, отличающаяся тем, что включает внутреннюю и наружную части, кинематически связанные между собой, наружная часть содержит две боковины, каждая из которых включает основание, перекрытие, рычаг и гидростойку, с завальной стороны боковины жестко связаны ограждением, к верхнему краю которого шарнирно присоединен лоток, ориентированный в створе с проемом внутренней части, и шарнирно же крышка, лоток по средней линии снабжен ребром жесткости, а по боковым сторонам – шарнирными боковинами, а нижний наружный край перекрытия внутренней части снабжен выступом.