способ разработки крутых угольных пластов

Формула изобретения

Способ разработки крутых угольных пластов, включающий формирование линии очистного забоя по падению пласта, установку углеулавливающих полков, ограждение выработанного пространства, выемку угля в забое и транспортирование отбитого угля, отличающийся тем, что линию очистного забоя формируют с наклоном в сторону выработанного пространства, последнее ограждают пневмокострами, которые устанавливают на углеулавливающих полках по падению пласта по мере продвигания очистного забоя, после окончания выемочного цикла с нижних пневмокостров снимают давление сжатого воздуха, а отбитый уголь транспортируют по углеулавливающим полкам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке угольных пластов с углами падения более 35^o.

Известен способ разработки крутых и крутонаклонных пластов, включающих формирование уступного забоя по линии падения пласта с нарезанием уступов под углом сопряжения 110-140^o друг к другу и отработку уступов наклонными полосами по восстанию параллельно основанию уступа (а.с. СССР Е21С/41,04 N 1458572, 1980 г.).

Недостатки этого способа заключаются в следующем:

краевая часть угольного забоя в зоне выемки не омывается восходящим воздушным потоком, что способствует слоевым скоплениям метана;

падающий поток отбитого угля отбрасывает вентиляционный воздушный поток в сторону выработанного пространства и на всем протяжении лавы дробится об элементы крепления, образуя высокую запыленность очистного забоя и вентиляционного горизонта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки крутых угольных пластов, включающий формирование почвоуступной линии очистного забоя диагональными почвоуступами с наклоном уступов и их сопряжений в сторону подвигания очистного забоя, установку углеулавливающих и отклоняющих полков на сопряжениях уступов, при этом отклоняющий полок крепят к углеулавливающему, и ограждение выработанного пространства. Ограждение каждого уступа крепят к отклоняющему полку и размещают его параллельно линии очистного забоя, а отбитый уголь транспортируют по отклоняющим полкам и ограждению со стороны выработанного пространства (а.с. СССР N 1183679, E 21 C 41/04, 1985 г.).

Недостатки известного способа, определенного в качестве прототипа, заключаются в следующем:

краевая часть пласта лишена естественного омывания вентиляционным воздушным потоком, что снижает эффективность дегазации;

отбитый уголь движется во встречном вентиляционном воздушном потоке по всей длине очистного забоя, ударяясь об элементы крепления, почву, кровлю и полки, образуя высокую запыленность воздуха в очистном забое и вентиляционном штреке;

высокая трудоемкость работ по постоянной установке и перемещению углеулавливающих полков;

область применения ограничена пластами, угол падения которых более 40-45^o, что обусловлено сложностью проветривания лавы и транспортирования угля.

Эти недостатки не обеспечивают эффективность и безопасность ведения очистных работ.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении пылеобразования в процессе разработки крутых угольных пластов.

Для этого в способе разработки крутых угольных пластов, включающем формирование линии очистного забоя по падению пласта, установку углеулавливающих полков, ограждение выработанного пространства, выемку угля в забое и транспортирование отбитого угля, согласно изобретению линию очистного забоя формируют с наклоном в сторону выработанного пространства, последнее ограждают пневмокострами, которые устанавливают на углеулавливающих полках по падению пласта по мере подвигания очистного забоя, после окончания выемочного цикла с нижних пневмокостров снимают давление сжатого воздуха, а отбитый уголь транспортируют по углеулавливающим полкам.

Опыт разработки крутых пластов угля с формированием линии очистного забоя по падению пласта, ее наклона на выработанное пространство или к линии простирания угольного пласта показывает, что отбитый уголь под воздействием гравитационных сил постоянно находится во фронтальном взаимодействии с восстающим вентиляционным воздушным потоком по всей высоте этажа лавы, это взаимодействие и является основным источником пылеобразования, так как падающий уголь дробится от ударов о забойное крепление, почву, кровлю и на углеулавливающих полках по всей высоте очистного забоя (см. Болбат И.Е. Аэродинамическое взаимодействие потоков угля и воздуха в механизированных лавах на крутых пластах и его влияние на условие проветривания участка: Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1967, и П.М.Петрухин, Г.С.Гродель, Н.И. Жиляев и др. Борьба с угольной и породной пылью в шахтах, 2 изд. М. Недра, 1981).

Для устранения этих недостатков и повышения безопасных и эффективных условий труда путем снижения пылеобразования используют естественные факторы - вентиляционный воздушный поток, гравитационные силы и геометрическую форму забоя. С этой целью в предлагаемом способе разработки очистной забой наклонен в сторону выработанного пространства и омывается восходящим вентиляционным воздушным потоком, а геометрическая форма забоя определяет время нахождения отбитого угля в скоростном воздушном потоке, который движется вдоль краевой части линии очистного забоя, при этом отбитый уголь, пересекая скоростной вентиляционный воздушный поток, попадает на углеулавливающие полки, здесь его движение вниз останавливают ограждения, выполненные из пневмокостров, нижние пневмокостры опираются на плоскость углеулавливающих полков и выполняют функции задвижек, верхние находятся в распоре и одновременно выполняют функцию ограждения и опорной крепи для более надежного удержания почвы и кровли от обрушения, при этом образуют аккумулирующие емкости для магазинирования отбитого угля. Установленные ограждения образуют зону естественного пылеподавления, где полностью исключается взаимодействие восходящего вентиляционного воздушного потока с отбитым углем, основным источником пылеобразования.

На чертеже изображена технологическая схема ведения очистных работ.

Способ осуществляют следующим образом. Проводят вентиляционный 1 и откаточный 2 штреки по простиранию пласта, затем формируют линию очистного забоя 3 и прилегающие к ней верхний просек 4 и магазинный просек 5, оборудуют запасные выходы 6 на откаточный штрек 2, которые по мере подвигания очистного забоя 3 будут рабочими люками, через которые выпускают уголь на откаточный штрек 2. В выработанном пространстве магазинного просека 5 оборудуют магазин 7 для аккумулирования угля, а параллельно линии очистного забоя 3 со стороны выработанного пространства 8 устанавливают углеулавливающие полки 9, на которых размещают ограждения 10, состоящие из пневмокостров.

Высоту ограждения определяют из соотношения:



где m мощность пласта, м;

k_p коэффициент разрыхления угля;

a угол наклона очистной линии забоя на выработанное пространство.

Количество ограждений определяют из математического выражения:



где a ширина выемочной полосы угольного пласта, м;

k_p коэффициент разрыхления угля;

h_э высота этажа, м;

угол падения угольного пласта;

угол наклона очистной линии забоя на выработанное пространство;

h_мп высота магазинного просека, м;

l_p растяжка магазина, м;

H₀ высота ограждения, м;

v угол естественного откоса отбитого угля.

Для определения высоты ограждения H₀ в математическое выражение включают следующие параметры:

m мощность угольного пласта;

h_нэ наклонная часть высоты этажа вырубаемого угольного пласта, размещенного над аккумулирующими емкостями 11, образуемыми ограждениями 10;

h_ну наклонная часть высоты углеулавливающих полков, на которой размещается отбитый уголь в аккумулирующих емкостях 11;

k_р коэффициент разрыхления угля;

a угол наклона очистной линии забоя на выработанное пространство.

Углеулавливающие полки устанавливают параллельно краевой части линии очистного забоя, следовательно, величины h_нэ и h_ну равны, тогда выражение (1) примет вид:



Математическое выражение для определения необходимого количества ограждений получено следующим образом.

Определяют объем угля за выемочный цикл, который составляет:

V=K_рV₁, (2)

где k_р коэффициент разрыхления угля;

V₁ объем угля с выемочного цикла;



где m мощность разрабатываемого пласта;

a ширина выемочной полосы угольного пласта;

h_мп высота магазинного просека;

h_м высота магазинной части лавы;

h_нэ наклонная высота этажа очистной линии забоя:



где h_э вертикальная высота этажа;

a угол падения пласта



где l_р растяжка магазина.

После подстановки V₁, h_нэ и h_м в формулу (2) получаем:



Объем угля, размещенный в аккумулирующей емкости,

V₂=V₃+V₄,

где V₃ объем угля, размещенный в аккумулирующей емкости, без учета угля, размещенного в откосе:



V₄ объем угля, размещенного в откосе над аккумулирующей емкостью:

,

где v угол естественного откоса угля.

После подстановки выражение (7) примет вид:



Требуемое количество ограждений определяют из выражения:



Ограждения 10 образуют аккумулирующие емкости 11, расположенные над углеулавливающими полками 9, где магазинируют отбитый уголь, при этом часть h_м отбитого угля маганизируется в магазине 7. Отбитый уголь, находящийся в аккумулирующих емкостях 11 и магазине 7 нижнего просека 5, изолирован от взаимодействия с восходящим вентиляционным воздушным потоком 12, который ограждениями 10 прижимается к линии очистного забоя 3, за счет чего в месте установки ограждений 10 образуется зона 13 естественного пылеподавления, где угольная пыль оседает под действием гравитационных сил. После окончания выемочного цикла с нижних пневмокостров снимают давление сжатого воздуха, а отбитый уголь транспортируют по углеулавливающим полкам 9.

Рассмотрим пример осуществления способа в условиях разработки опасного по выбросам угля и газа и взрывчатости угольной пыли пласта l₃ "Мазурка" восточное крыло на шахте "Углегорская" ПО "Орджоникидзеуголь" с углом падения 60^o, угол наклона очистной линии забоя на выработанное пространство 60^oC, мощность пласта m 1,0 м, ширина полосы a 1,0 м, K_р 1,6, высота этажа h_э 120 м, высота магазинного просека h_мп 16,0 м, растяжка магазина l_р 15,0 м, наклон угольного забоя магазинного просека на выработанное пространство под углом естественного откоса v 45^o. Отработку осуществляют сплошной системой, прямым ходом к границам шахтного поля, длинными столбами по линии простирания пласта.

Проводят вентиляционный 1 и откаточный 2 штреки, формируют линию очистного забоя с наклоном в сторону выработанного пространства и прилегающие к ней верхний 4 и магазинный 5 просеки, затем оборудуют запасные выходы 6 на откаточный штрек 2. В выработанном пространстве просека 5 оборудуют магазин 7, а параллельно линии очистного забоя 3 со стороны выработанного пространства 8 устанавливают полки 9 на расстоянии, равном 11 м, обусловленном требованиями (см. Инструкцию по управлению горным давлением в очистных и подготовительных выработках при разработке угольных пластов свыше 35^o. Донецк, Облполиграфиздат, 1988), на которых устанавливают ограждения 10, состоящие из пневмокостров (пневмооболочек) (см. Николенко Н.А. Розенталь М. Б. Гродзинский П. Я. Опыт применения технологии управления кровлей пневматическими крепями. Обзор ЦНИЭИуголь. М, 1989), образующих с плоскостью углеулавливающих полков и вмещающими породами почвы и кровли аккумулирующие емкости 11, при этом по всей линии над углеустанавливающими полками образуется зона естественного пылеподавления 13. Высоту ограждения принимаем из соотношения:

.

Ограждения монтируют из трех пневмокостров, тип ПМЗ, высота одного костра 1,5 м. Количество ограждений определяют из выражения:



Принимаем n 18 шт.

Аккумулирующие емкости 11 на углеулавливающих полках 9 по мере их заполнения освобождают от отбитого угля, используя дистанционное управление нижними пневмокострами, контактирующими с плоскостью полков, с которых периодически, во время выпуска угля, снимается давление сжатого воздуха в тот момент, когда будет открыт рабочий люк 14, через который выпускают отбитый уголь в транспортные средства. При насыпке угля используют обтекатели, изолирующие падающий поток отбитого угля от взаимодействия с вентиляционным воздушным потоком, которые изготавливают из прочной полиэтиленовой пленки, типа гофрированной трубы, через которую выпускают уголь из рабочего люка 14. После заполнения транспортных средств углем поверхность его смачивается пленкообразующей эмульсией, что сокращает потери угля и уменьшает образование угольной пыли.