СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ И ГИПСОМЕТРИИ, ОСЛОЖНЕННЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ НАРУШЕНИЯМИ
DEVELOPMENT METHOD OF GENTLY SLOPING AND INCLINED COAL BEDS OF VARIOUS CONFIGURATION AND HYPSOMETRY, WHICH ARE COMPLICATED WITH MINING-AND-GEOLOGICAL INTERRUPTIONS

Способ относится к горной промышленности и может быть использован при разработке пологих и наклонных угольных пластов, осложненных горно-геологическими нарушениями, с применением гидромеханизации.
Известен способ выемки в обратном порядке целиков при камерно-столбовой системе разработки и секция крепи для камерно-столбовой системы разработки с выемкой целиков в обратном порядке [1], который распространяется на несколько целиков, разделенных друг от друга идущими поперек нарезными поперечными и идущими продольно нарезными штреками и чья линия очистного забоя отрабатывается между двумя внешними нарезными поперечными штреками или короткими лавами с помощью добычного устройства, использующего в своей работе принцип строгания или резания, отличающийся тем, что добычное устройство перемещают под углом к нарезным продольным штрекам, благодаря чему линия очистного забоя при выемке в обратном порядке у одного из внешних нарезных поперечных штреков опережает линию очистного забоя у другого штрека, и что кровлю в направлении выемки перед добычным устройством поддерживают с помощью большого числа расположенных в нарезных штреках между целиками передвижных секций крепи.
Недостатком способа является сложность перемещения крепи, что ведет к потере производительности.
Известен способ разработки мощного пологого пласта короткими забоями в диагональных слоях [2], сущность которого состоит в том, что при разработке мощного пологого пласта короткими забоями в диагональных слоях в каждом слое после проведения полевых подготовительных выработок поле делят средней диагональной вентиляционно-закладочной печью на верхнюю и нижнюю части. Обе части вынимают камерами при прямом ходе и заходками при обратном ходе в диагональных столбах, расположенных в верхней части поля вдоль средней диагональной вентиляционно-закладочной печи, а в нижней - перпендикулярно ей. Ширину заходки принимают равной 2,5 м и на 2/3 объема угля в половине слоев около кровли пласта выемку ведут с самотечной доставкой отбитого угля до конвейерного участкового квершлага и на 1/4 объема - до конвейерного просека. В половине слоев около почвы пласта уголь дополнительно транспортируют по граничным конвейерным сбойкам, которые располагают на почве пласта, при этом заезды проходческого комбайна в камеры осуществляют из самотечно-доставочных печей и конвейерного просека под естественными тупыми углами диагональных столбов. Доставку людей и оборудования в выемочные поля осуществляют по граничной горизонтальной выработке, а исходящие струи воздуха в половине слоев около кровли пласта дополнительно выводят по граничным вентиляционно-закладочным сбойкам.
Недостатками способа являются сложная технология, распределенная транспортировка горной массы в различные горные выработки и неустойчивость кровли.
Известен способ разработки пологих и наклонных угольных пластов [3], сущность которого заключается в повышении эффективности очистной выемки за счет снижения энергоемкости процесса гидроотбойки угля, для чего угольный массив в пределах выемочного блока перед очистной выемкой предварительно разупрочняют выполнением полостей переменного сечения через интервал, определяемый расчетным путем, а подготовленный к очистной выемке угольный массив разупрочненного пласта отрабатывают короткими очистными забоями гидромониторами известных типов с гидротранспортом отбитого угля.
Недостаткоми способа являются большие потери угля в целиках и высокая зольность угля.
Известен комплексный способ разработки угольных месторождений, принятый за прототип [4], включающий процесс строительства шахты, основные технологические звенья вскрытия, подготовки и отработки пологих, наклонных, круто наклонных и крутых пластов со сложным горногеологическим залеганием и в том числе обводненных, а также вспомогательные процессы вентиляции горных выработок и подогрева воздуха, транспорта грузов и доставки людей, безопасности горных работ и пылегазового режима, охраны природы, связанной с очисткой шахтных вод, и другие технологические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность предприятия, отличающийся тем, что проведение подготовительных и очистных выработок при наклонном и крутом залегании пластов, а также проведение обводненных уклонов осуществляют с помощью механогидравлического комбайнового комплекса, включающего комбайн КПА-3 с дистанционным управлением, с помощью которого проводят комбинированную выемку угля в полосе, причем сначала при заезде комбайна в полосу производится выемка угля коротким забоем, а затем - сплошной узкой полосой, при этом по мере отработки узкой полосы для управления кровлей оставляют опорные, частично отработанные целики, а со стороны завала оставляют ленточные целики между опорными целиками для предотвращения разубоживания угля обрушенными породами из смежных, ранее отработанных полос, а крепление выработок ведут в непрерывном режиме временной и постоянной крепью с использованием стеклопластиковых стоек, при этом эвакуацию отбитой массы угля осуществляют с одновременным его обогащением во время транспортирования по почве выработки, а удаление влаги из угольной массы производят на обезвоживающем комплексе, кроме того, при прохождении обводненных забоев с помощью механогидравлического комплекса, оснащенного насосом-дробилкой, производят приготовление и откачку угольной пульпы на обезвоживающий комплекс, проведение выработок сопровождают транспортированием людей и грузов, которое осуществляют с помощью транспортного грузолюдского комплекса с многобарабанным приводом с однослойной ручейной навивкой каната, при этом грузовые платформы перемещают по настилу, например из рештачного става скребкового конвейера, кроме того, с помощью комплексного способа предусматривают осветление технологической воды, которое производят через систему чередующихся поперечных перегородок отстойника, при этом осуществляют принудительное движение технологической воды по синусоидальной траектории, а проветривание горных выработок выполняют с использованием геотермальной энергии, причем борьбу с угольной пылью ведут за счет миксеризации воздушной среды.
Крепление выработок ведут в непрерывном режиме с помощью исполнительного стреловидного органа горного комбайна, снабженного приспособлением, посредством которого устанавливают верхняки временной крепи с раздвижными телескопическими стеклопластиковыми стойками с шарико-винтовой передачей, которые устанавливают непосредственно за рабочим органом, а в дальнейшем заменяют на постоянную анкерную крепь, стержень которой выполняют с рифленым профилем по всей длине, который устанавливают в шпур, предварительно пробуренный переносным буровым станком с автоматической подачей, и который закрепляют затем быстротвердеющим раствором с помощью нагнетательной установки.
Отбойку осуществляют путем избирательного разрушения угольного массива заходки с заданной крупностью скола, а эвакуацию отбитого угля из заходки потоком воды совмещают с одновременным его обогащением в заходке за счет оптимизированного угла ее наклона, крупности скола и дозированного объема подачи воды.
Удаление влаги осуществляют на обезвоживающем комплексе посредством подачи на наклонную плоскость продольно установленных шпальтовых сит порций влажного сыпучего материала с помощью скребков, армированных гибкой резиной, тем самым создают условия для распределения динамических и статических нагрузок, действующих на влагу, находящуюся в порционной массе сыпучего материала, которые, с одной стороны, действуют на гравитационную влагу и интенсифицируют процесс ее дренирования через шпальтовые сита, а с другой стороны, преодолевают силы поверхностного натяжения в пленочной влаге, находящейся в массе угля и в ячейках шпальтовых сит, что также интенсифицирует процесс ее отделения.
Процесс транспортировки угля, материалов, оборудования и людей осуществляют с помощью транспортного грузолюдского комплекса, оснащенного лебедочным приводом, у которого приводные, натяжные и отклоняющие барабаны устанавливают синусоидально, при этом ось натяжного барабана располагают под углом к оси приводного барабана с тем, чтобы каждый виток каната охватывал по 2/3 поверхности рабочих частей обоих барабанов, а направления ручьев совпадали друг с другом и выдерживали угол девиации, при этом грузовые платформы перемещают по настилу (например, ставу скребкового конвейера), вдоль краев которого выполнены замкнутые борта, служащие направляющими, по которым движутся набегающая и сбегающая ветвь каната.
В процессе осветления воды, подаваемой в технологический процесс или на сброс во внешние водоемы для отстаивания в горизонтальных отстойниках, осветление воды производят в две стадии, а именно: вначале пропускают воду через систему чередующихся поперечных перегородок отстойника, из которых один ряд перегородок перекрывает поток воды от днища отстойника на высоту более половины глубины отстойника, а другой ряд перегородок, установленный между перегородками первого ряда, перекрывает поток воды от верхнего уровня отстойника на глубину более половины глубины отстойника с целью обеспечения зигзагообразной траектории движения потока воды, после чего ее направляют во второй горизонтальный отстойник, разделенный продольной перегородкой на два коридора с окнами для перелива воды для рассредоточенного отвода осветленной воды в технологический процесс.
Осуществляют подачу в шахту атмосферного воздуха с отрицательной температурой, при этом поток атмосферного воздуха непрерывно вводят в шахтную воду через форсунки в виде факела в распыленном состоянии по всей площади потока и осуществляют теплообмен до момента достижения воздухом температуры не ниже +2°С, после чего подогретый воздух направляют в эксплуатационные выработки, а осевшую в воздухоподающем канале воду собирают и направляют в шахтный зумпф для последующего подогрева за счет использования глубинных процессов теплопередачи геотермальной энергии от окружающих зумпф горных пород.
Нейтрализацию взрывоопасной метанопылеугольной среды в шахтах в процессе проветривания горных выработок атмосферным воздухом производят в зонах интенсивного газопылевыделения, образуют аэрозольно-суспензионную смесь воздуха, метана, угольной пыли и воды путем ее подачи на режущую коронку исполнительного органа проходческо-очистного комбайна в пропорции твердого и жидкого не менее 1:1 и образуют водоугольную пульпу для гидротранспортирования, а смесь воздуха, водяной пыли, метана и угольной пыли механически перемешивают с помощью разбрызгивающих форсунок и вращающихся лопастей пропеллерного типа, устанавливаемых на режущей коронке исполнительного органа проходческо-очистного комбайна.
Комплекс поверхностной инфраструктуры располагают непосредственно на промплощадке наклонных стволов, при этом в комплекс включают диспетчерскую ламповую, моечный комплекс, бухгалтерский отдел, гаражный корпус, вентиляторные установки с термальными калориферами, расположенными в каналах вскрывающих выработок, и т.д., причем все составляющие комплекса выполняют из отдельных модулей и блоков, изготавливаемых на заводах, а затем располагают и монтируют непосредственно на промплощадке шахты на бесфундаментной подушке.
Недостатком способа являются большие потери угля в целиках.
Задачей изобретения является повышение эффективности выемки, качества угля и снижение потерь угля в целиках.
Решение поставленной задачи достигается тем, что пласт делят на выемочные блоки по границам геологических нарушений с оставлением охранных целиков по одной и/или обе стороны от них, а выемочные блоки подготавливают выемочными печами, обеспечивающими вентиляцию и самотечный гидротранспорт горной массы по почве выработок, выемку угля ведут обратным ходом короткими забоями механогидравлическим способом с оставлением в боках заходок технологических целиков, которые погашают на всю длину гидромониторной струей гидравлическим способом, реализуемым установкой на механогидравлическом комбайне высоконапорного насоса, работающего по бустерной схеме, и навеской на рабочем стреловидном органе комбайна гидромонитора, а полное обрушение кровли достигают нарезкой щелей в кровле выработок гидромониторной струей.
Способ поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема подготовки участка.
На фиг.2 представлена выемка угля механогидравлическим способом односторонними заходками.
На фиг.3 представлена схема выемки целиков гидравлическим способом односторонними заходками.
На фиг.4 представлена схема гидравлической нарезки щели в кровле.
Сущность способа разработки пологих и наклонных угольных пластов различной конфигурации и гипсометрии, осложненных геологическими нарушениями, заключается в следующем.
Пласт 1 делят на выемочные блоки 2, 3, 4 по границам нарушений 5, 6 и выходу пласта под наносы 7, оставляя барьерные целики 8 путем проведения одиночных и спаренных подготавливающих выработок 9. Отработка пласта ведется обратным ходом короткими забоями 10 механогидравлическим и гидравлическим способами и односторонними заходками 11 с полным обрушением кровли.
На первом этапе выемка угля производится односторонними заходками 11 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) механогидравлическим способом комбайном с оставлением целиков 12, на втором комбайн устанавливают в защищенное пространство подготовительной горной выработки (фиг.2) и целики заходки 12 отрабатывают и погашают гидравлическим способом на полную длину струи гидромонитора (фиг.3), которую перемещают поворотом рабочего органа комбайна, на котором жестко крепят гидромонитор, перемещаемый рабочим органом комбайна в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для полного обрушения кровли в заходке и отработанной подготовительной выработке рабочий орган комбайна поднимают на максимальную высоту (фиг.4) для приближения гидромонитора к кровле выработки и/или заходки и нарезают гидромониторной струей щели 13, которые способствуют полному обрушению кровли.
Литература
1. Заявка РФ №2006130457/03. Способ выемки в обратном порядке целиков при камерно-столбовой системе разработки и секция крепи для камерно-столбовой системы разработки с выемкой целиков в обратном порядке. МПК E21C 41/00. Заявит. ДБТ ГМБХ DE. Авт. Райнер Шустер, Петер Гросс. Заявл. 2006.08.23. Опубл. 2008.02.27. Бюл. №6.
2. Патент РФ №2147682. Способ разработки мощного пологого пласта короткими забоями в диагональных слоях. МПК E21C 41/18. Заявит. Российский университет «Дружбы народов». Изобр. Машковцов И.Л., Машковцов Б.И., Станис Е.В. Заявл. 1998.09.24. Опубл. 2000.04.20.
3. Заявка РФ №93006355/03. Способ разработки пологих и наклонных угольных пластов. МПК Е21С 41/18. Заявит. Крылов B.C., Любогощев В.И., Дюпин А.И. Никитин В.В., Фрянов В.Н. Изобр. Крылов B.C., Любогощев В.И., Дюпин А.И. Никитин В.В., Фрянов В.Н. Заявл. 1993.02.03. Опубл. 1996.01.10.
4. Заявка РФ №2001113332. Комплексный способ разработки угольных месторождений. МПК Е21С 41/18. Заявит. Тулеев А.Г., Мазикин В.П., Атрушкевич А.А., Атрушкевич О.А., Сурков А.В., Субботин А.И., Бобинов А.И. Изобр. Тулеев А.Г., Мазикин В.П., Атрушкевич А.А., Атрушкевич О.А., Сурков А.В., Субботин А.И., Бобинов А.И. Заявл. 2001.05.14. Опубл. 2003.04.20.