способ разработки мощного пологого пласта крупными блоками

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, залегающих мощными пологими пластами, крупными блоками, включающий образование нижней подрывки пласта струговым агрегатом с перемещением в нее доставочного конвейера, прорезание в призабойном массиве продольных по длине лавы задней вертикальной и верхней по границе с кровлей щелей, опускание массива на конвейер, разделку ископаемого на блоки, выдачу из лавы ископаемого блоками, их погрузку в вагонетки и локомотивную откатку в камеру для дробления в россыпную массу, отличающийся тем, что в осевшем на конвейер массиве прорезают наклонные поперечные щели, рассекающие массив на наклонные слои, которые затем переводят в горизонтальное положение для разделки ископаемого на блоки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прорезание вертикальных поперечных щелей производят многобаровой машиной с электроприводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу в области разработки мощных пологих пластов. При разработке мощных пологих пластов ископаемого в один слой возникают значительные потери полезного ископаемого [1], т.к. полностью его извлекать существующими способами не удается. Чаще всего верхняя пачка ископаемого либо вообще не извлекается и уходит в забут, либо извлекается с большими потерями, если применяется технология выпуска ископаемого из подкровельной толщи на второй конвейер с закрепной стороны лавы.

Если ископаемое склонно к самовозгоранию, то остающееся в выработанном пространстве ископаемое самовозгорается, что приводит к подземным пожарам и попаданию в атмосферу шахты угарного газа. Согласно правилам безопасности горные работы в этом случае должны прекращаться, пока не будут потушены пожары. Примером этого является положение на шахтах им. Ленина, «Ольжерасская-Новая», «Сибиргинская» угольной компании «Южный Кузбасс», где разрабатываются пологие угольные пласты мощностью 7,5-10 м с углем, склонным к самовозгоранию. Из-за прекращения горных работ при возникновении подземных пожаров компания несет большие убытки и на длительное время лишается работы большое число людей. До настоящего времени не создана эффективная и безопасная технология добычи ископаемого при его залегании мощными пологими пластами.

В данной заявке на изобретение предлагается способ разработки ископаемого из мощного пологого пласта с выемкой и транспортировкой его крупными блоками локомотивным транспортом до дробильной камеры. Наиболее близким к заявке является патент на изобретение «Способ профессора Каримана подземной разработки ископаемого крупными блоками» (патент РФ № 2459078 С1 Е21С 41/16 2006.01). Добыча ископаемого ведется крупными блоками с опережающим основной забой созданием нижней подрывки пласта по всей длине лавы струговым агрегатом. Выемка угля крупными блоками осуществляется из верхней части пласта путем прорезания продольных щелей: задней вертикальной и верхней по границе пласта с породами кровли по всей длине лавы. Одновременно с этим в нижней части лавы на границе с откаточным штреком производится прорезание поперечных вертикальных щелей в уже вырезанном призабойном массиве ископаемого. Прорезание поперечных щелей ведется гидрорезными струями воды сверхвысокого давления непосредственно на пластинчатом конвейере. Вырезанные блоки конвейером перемещаются на перегружатель, а затем по одному поступают на погрузчик, с помощью которого загружаются в вагонетку. После загрузки блоками всего состава последний направляется в дробильную камеру для переработки блоков в россыпную массу.

Технология, приведенная в патенте, принятом за прототип, затруднительна для применения при разработке мощных пологих пластов ископаемого. При разработке угольного пласта 111 мощностью 10 м (шахта им. Ленина компании «Южный Кузбасс») после проведения нижней подрывки с максимальной высотой 2 м все равно высота вырезанного призабойного массива остается очень большой, равной 8 м. Высота нарезаемых из него блоков также будет равна 8 м. Такие блоки невозможно транспортировать, т.к. высота откаточного штрека не превышает 4 м, а также для транспортировки таких блоков нет транспортных средств и оборудования для погрузочно-разгрузочных работ.

Цель изобретения состоит в создании технологии добычи ископаемого из мощных пологих пластов, обеспечивающей:

- высокую производительность очистного забоя;

- соблюдение норм ПДК согласно правилам безопасности с попутным извлечением метана;

- 100%-ное извлечение ископаемого при его добыче, не допускающее оставление его в выработанном пространстве, приводящее к возникновению подземных пожаров.

Согласно подаваемой заявке способ разработки ископаемых, залегающих мощными пологими пластами состоит в параллельном выполнении следующих технологических процессов:

- опережающем основной забой проведении нижней подрывки пласта струговым агрегатом в составе струговой установки и скребкового конвейера;

- креплении нижней подрывки струговой механизированной крепью;

- прорезании врубовыми машинами по всей длине лавы задней вертикальной и верхней по границе с породой кровли пласта продольных щелей;

- прорезании в осевшем на став пластинчатого конвейера призабойном массиве наклонных поперечных щелей третьей врубовой машиной, движущейся по наклонной эстакаде;

- перемещении вырезанного в призабойном массиве наклонного слоя ископаемого в горизонтальное положение на пластинчатом перегружателе;

- разделке поступившего в горизонтальное положение наклонного слоя ископаемого на отдельные блоки путем прорезания поперечных вертикальных щелей многобаровой углережущей машиной;

- работе пластинчатого перегружателя по перемещению вырезанных блоков ископаемого на разгрузочный перегружатель, расположенный с ним рядом в одной линии со стороны откаточного штрека;

- работе разгрузочного перегружателя по перемещении находящихся на его ставе блоков ископаемого поочередно по одному на погрузчик;

- работе погрузчика при погрузке по одному блоков ископаемого в спецвагонетки и передвижки состава для замены под погрузочным пунктом лавы груженой спецвагонетки на порожнюю;

- движении груженых составов спецвагонеток с блоками ископаемого по откаточному штреку и обходной горной выработки к пункту разгрузки у ската в дробильную камеру и движении порожних составов обратно;

- передвижке секций механизированной крепи вслед за перемещением врубовой машины прорезания верхней щели после оседания призабойного массива на конвейер лавы, крепление обнажившейся кровли путем распора об кровлю насадок над перекрытиями секций крепи.

По окончанию выдачи из лавы всего объема ископаемого в виде крупных блоков производится фронтальная передвижка пластинчатого конвейера и обоих перегружателей вместе со всеми врубовыми машинами, их тележками, эстакадами и швеллерными направляющими, по которым они перемещаются. Вместе с ними перемещаются также кабелеукладчики обеих врубмашин по прорезанию продольных щелей и погрузчик. Фронтальная передвижка производится путем передвижки всего основания, на котором располагается все это оборудование в лаве и на примыкающих к ней бермах. Передвижка производится путем одновременного выдвижения штоков гидропередвижчиков секций крепи по всей длине лавы.

Изобретение поясняется посредством чертежей, в каждом из которых показано следующее:

Фиг.1. Расположение оборудования в очистном забое, поперечный разрез лавы; 1 - пространство нижней подрывки; 2 - струг; 3 - струговая механизированная крепь; 4 - пластинчатый конвейер лавы; 5 - вырезаемый призабойный массив ископаемого; 6 - врубмашина прорезания задней вертикальной щели; 7 - швеллерные направляющие врубмашины прорезания задней щели; 8 - режущий бар врубмашины прорезания задней щели; 9 - режущая часть и электропривод врубмашины прорезания верхней щели; 10 - задняя вертикальная щель; 11 - подающая часть и электропривод врубмашины прорезания верхней щели; 12 - режущий бар врубмашины верхней щели; 13 - верхняя щель по границе пласта с породой кровли; 14 - швеллерные направляющие эстакады для прорезания верхней щели; 15 - эстакада для врубмашины верхней щели; 16 - направляющая для перемещения эстакады врубмашины верхней щели.

Фиг.2. Разделка вырезанного призабойного массива ископаемого на блоки, разрез по длине лавы; 4 - пластинчатый конвейер; 5 - вырезанный призабойный массив; 17 - врубовая машина прорезания наклонных поперечных щелей; 18 - вырезаемый наклонный слой ископаемого; 19 - круговое тяговое устройство для перемещения врубовой машины по наклонной эстакаде; 20 - передвижная наклонная эстакада для прорезания наклонных щелей; 21 - пластинчатый перегружатель для вырезания блоков ископаемого; 22 - многобаровая машина; 23 - режущие бары многобаровой машины; 24 - вырезаемые блоки ископаемого; 25 - разгрузочный перегружатель; 26 - блоки ископаемого, выходящие из лавы на погрузку.

Добыча ископаемого крупными блоками позволяет извлекать его из разрабатываемого пласта в объеме 100%, ничего не оставляя в выработанном пространстве, что очень важно для недопущения подземных пожаров из-за самовозгорания ископаемого, остающегося в выработанном пространстве.

Сущность технологии разработки мощного пологого пласта крупными блоками состоит в вырезании всего призабойного массива ископаемого, добываемого за один технологический цикл и одновременной разделкой его на отдельные блоки со стороны откаточного штрека и перемещением в зону разделки еще не разделанной вырезанной части призабойного массива. Из лавы выдаются на погрузку блоки ископаемого, готовые к транспортировке. Блоки ископаемого транспортируются составами груженых спецвагонеток по откаточному штреку и обходной выработке аккумуляторным электровозом типа 28АРП к дробильной камере, находящейся за пределами движения свежей струи воздуха, поступающего для проветривания очистных работ. В дробильной камере блоки ископаемого перерабатываются в россыпную массу, которая общешахтным транспортом направляется к стволу и выдается на поверхность. Если ископаемое уголь или сланей, содержащий горючий газ метан, то при дроблении блоков в мелкороссыпную массу в большом количестве выделяется горючий газ. Дробильная камера является изолированным помещением, в которое с поверхности пробурена скважина, оснащенная трубой для отсоса горючего газа. При газоносности ископаемого 25 м³/т, что типично для сверхкатегорных шахт Кузбасса, добыча горючего газа составляет до четверти и более миллиарда куб.м в год.

Добыча ископаемого крупными блоками из мощного пологого пласта производится лавами длиной 150 м с образованием с обеих сторон берм шириной до 5 м и со стороны откаточного штрека ниши шириной не более 1-1,5 м и высотой на всю мощность пласта. В нижней части пласта работой стругого забоя сооружается нижняя подрывка с опережением основного забоя. Высота подрывки принимается из условия неразрушения призабойного угольного массива при его посадке на пластинчатый конвейер, но не менее 1,2 м от почвы пласта. Крепление подрывки производится струговой механизированной крепью.

В начале технологического цикла добычи после передвижки струговой крепи по всей длине лавы в высвободившееся пространство нижней подрывки гидропередвижчиками секций крепи основного забоя задвигается пластинчатый конвейер 4 (Фиг.1) и оба перегружателя 21 и 25 (Фиг.2), расположенные с ним в одну линию и находящиеся рядом с ним со стороны откаточного штрека. Вместе с ними в нижнюю подрывку задвигаются все врубмашины, работающие с забойной и завальной сторон лавного конвейера вместе с их швеллерными направляющими 7 и 14 (Фиг. 1) и движущимися по ним тележками и эстакадами, а также кабелеукладчиками и погрузчиком. В исходном положении перед началом цикла режущие части первых двух врубмашин прорезания продольных щелей должны находиться в нише. При этом режущий бара врубмашины прорезания задней вертикальной щели должен быть переведен из первоначального транспортного положения в вертикальное рабочее положение 8 (Фиг.1) для прорезания щели по всей мощности пласта. Аналогично режущий бар врубмашины 9-11, еще находящийся в нише, должен занять рабочее положение 12 по границе пласта с породой кровли. Передвижка производится фронтально одновременно по всей длине лавы выдвижением штоков гидропередвижчиков во всех секцииях механизированной крепи основного забоя. Передвижка совмещается с холостым перемещением врубмашин от предыдущего цикла и приведением режущих баров из транспортного положения в рабочее.

После окончания передвижки конвейерной линии начинается рабочий ход врубмашины 6 (Фиг.1) прорезания задней вертикальной щели 10, а вслед за ней с отставанием на 5-10 м начинается рабочий ход врубмашины 9-11 по прорезанию верхней щели 13 по границе с кровлей пласта. Врубовые машины 6 и 11 перемещаются на тележках по швеллерным направляющим, соответственно 7 и 14. Механизация передвижки обеспечивается работой подающих частей врубмашин, имеющих зубчатые зацепления с зубчатыми рейками, установленными по бокам пластинчатого конвейера по обе его стороны. Скорость подачи врубовых машин 2,81 м/мин согласно технической характеристике врубовой машины «Урал-33», выпускаемой Копейским машзаводом. Режущая часть 9 имеет собственный электропривод. Увеличение нагрузки на электропривод врубмашины 6 в связи с увеличением длины режущего бара до 8,5 м по сравнениию с 2,2 м согласно технической характеристике компенсируется уменьшением толщины прорезаемой щели со 140 мм до 40 мм. Переукладка силовых кабелей при движении обеих врубмашин производится их собственными кабелеукладчиками.

Вслед за проходом врубмашины 9 прорезания верхней щели часть призабойного массива ископаемого, остающаяся сзади и лишенная всех опор, оседает на пластинчатый конвейер, образуя над собой свободное пространство. В осевшем на пластинчатый конвейер вырезанном призабойном массиве 5 (Фиг.2) ископаемого сразу же начинается прорезание наклонных поперечных щелей. Прорезание ведется врубмашиной 17, движущейся по наклонной плоскости эстакады 20 сверху вниз. При движении сверху вниз через образующуюся от работы режущего бара наклонную щель врубмашина втягивает тонкий металлический лист размером по ширине 2,8 м (на всю ширину вырезанного массива ископаемого). При прорезании наклонной щели усилие подачи создается круговым тяговым устройством 19, так что врубмашина 17 состоит только из режущей части и обеспечивающего ее работу электродвигателя. После окончания прорезания наклонной щели на всю длину наклонной эстакады 20 металлический лист должен перекрывать всю площадь прорезанной наклонной щели, а также нижнюю часть вырезанного наклонного слоя 18, которой он опирается на переходную секцию 4 пластинчатого конвейера. Конечная часть металлического листа имеет крюки с обеих сторон листа, которые оператор наклонной эстакады вводит в зацепление с крайней левой грузонесущей пластиной пластинчатого перегружателя 21 для вырезания блоков ископаемого. После окончания вырезания блоков многобаровой машиной 22 включается в работу приводная головка перегружателя 21, и его грузонесущие пластины начинают движение и со скоростью 0,1 м/с выносят блоки ископаемого на разгрузочный перегружатель и одновременно втягивают на став своего перегружателя металлический лист с находящимся на нем сверху вырезанным наклонным слоем ископаемого. После втягивания всего наклонного слоя ископаемого 18 на став перегружателя 21 с помощью тягового устройства 19 производится вытяжка с помощью тягового устройства 19 металлического листа из-под расположенного на перегружателе 21 наклонного слоя 18 и его подъем вверх по наклонной эстакаде в свободное пространство над вырезанным призабойным массивом 5. После выполнения этих подготовительных операций включаются приводные головки пластинчатого конвейера лавы 4 и производится со скоростью 0,1 м/с перемещение вырезанного призабойного массива ископаемого на длину из расчета, чтобы новое положение призабойного массива 5 повторяло его прежнее положение. Затем снова начинается прорезание наклонной щели путем работы врубовой машины 17 при ее движении сверху вниз с перемещением по наклонной щели металлического листа, и процесс повторяется.

Определим длину, на которую необходимо передвигать каждый раз призабойный массив 5 для получения высоты блоков ископаемого высотой 2,7 м. Высота блоков 2,7 в два раза больше их размеров по длине лавы 1,35 м. Поскольку наклонный слой ископаемого 18 после его перемещения на пластинчатый перегружатель ложится горизонтально, то высота вырезаемых блоков равна толщине наклонного слоя 18. ископаемого 2,7 м. Поэтому для получения высоты вырезаемых блоков 2,7 м необходимо, чтобы толщина наклонного слоя также равнялась 2,7 м. Тогда длина, на которую необходимо каждый раз перемещать призабойный массив равна 2,7 м:Sin , где - угол наклона наклонного слоя к горизонту. При угле =52º это расстояние равно 2,7 м:Sin 52º=2,7 м:0,79=3,4 м. Этой длиной определяется количество наклонных щелей, которые необходимо прорезать при разделке призабойного массива ископаемого на отдельные наклонные слои (200 м-7 м):3,4 м=57.

Определим продолжительность времени разделки вырезанного призабойного массива ископаемого на отдельные блоки, готовые к выдаче из лавы на погрузку. При мощности разрабатываемого пологого пласта 10 м и высоте нижней подрывки пласта 1,5 м высота вырезаемого призабойного массива равна 10 м-1,5 м=8,5 м. При угле наклона к горизонту наклонной щели 52º длина наклонной щели равна 8,5 м:Sin 52º=8,5 м:0,79=10,8 м. При скорости прорезания наклонной щели 2,81 м/мин согласно технической характеристике врубмашины продолжительность прорезания одной наклонной щели равна 10,8 м:2,81 м/мин=3,84 мин. При скорости передвижения грузонесущих пластин перегружателя 0,1 м/с продолжительность времени на перемещение наклонного слоя ископаемого 18 (Фиг.2) из наклонного положения в горизонтальное на пластинчатом перегружателе равна (3,4 м+10,8 м):0,1 м/с=142, с=2,36 мин, где 3,4 м - расстояние перемещения наклонного слоя вдоль переходной секции пластинчатого конвейера, 10,8 м - длина пластинчатого перегружателя, которая принимается равной длине наклонного слоя ископаемого. Тогда общее время вырезания и перемещения одного наклонного слоя ископаемого равно 3,84 мин+2,36 мин=6,2 мин. Время, затрачиваемое на прорезание наклонной щели, 3,84 мин совмещается с временем прорезания многобаровой углережущей машиной прорезания вертикальных поперечных щелей в расположенном на пластинчатом перегружателе ранее размещенном на нем наклонном слое ископаемого. Поскольку высота наклонного слоя равна 2,7 м, а скорость прорезания 2,81 м/мин (т.к. многобаровая углережущая машина имеет режущую часть и электропривод такие же, как и врубовая машина «Урал-33»), то время прорезания наклонных щелей равно 3,4 м:2,81 м/мин=1,2 мин. Поскольку 1,2 мин меньше, чем 3,84 мин, то время на прорезание вертикальных поперечных щелей полностью совмещается с временем прорезания наклонных поперечных щелей. Но тогда за общее время 6,2 мин производится полностью разделка на отдельные блоки и выдача из лавы на погрузку ископаемого из части вырезанного призабойного массива 5 (Фиг.2) в объеме одного наклонного слоя. Поскольку всего в вырезанном призабойном массиве имеется 57 наклонных слоя, то продолжительность их разделки на отдельные блоки и выдача из лавы на погрузку равна 6,2 мин·57=357 мин=6 ч.

За 18 ч рабочего времени по добыче ископаемого может производиться

18 ч:6 ч=3 технологических цикла по добыче ископаемого. С одного цикла объем добычи равен 200 м·2,8 м·10 м·1,3 т/куб=7250 т. Тогда объем суточной добычи при рассматриваемой технологии равен 7250 т×3=21750 т/сут.

Использованная литература:

1. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. ИГД им. А.А. Скочинского. М. 1977 г.