СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА И КОМБАЙН ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
SELECTIVE EXTRACTION METHOD OF COAL BED, AND COMBINE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке угольных пластов сложного строения с раздельной выемкой угля и пород прослоя (одного или нескольких) с кондиционным содержанием других полезных ископаемых, явно отличающихся по физическим характеристикам от угля.
При разработке пластовых месторождений имеют место случаи, когда пласт полезного ископаемого содержит в себе в виде прослоев другие полезные ископаемые, ценность которых на порядки выше, чем вмещающего, разрабатываемого пласта. Добыча этих полезных ископаемых совместно с вмещающим полезным ископаемым ведет к их разубоживанию, а обогащение всего объема добытой горной массы ведет к излишней загрузке оборудования, повышению затрат, увеличению потерь более ценных полезных ископаемых.
Известен способ подземной селективной выемки полезного ископаемого, включающий раздельную выемку прослоя, содержащегося в пласте полезного ископаемого, прямым ходом очистного комбайна, выемку полезного ископаемого прямым и обратным ходом комбайна, разделение транспортных потоков отбитого прослоя и полезного ископаемого [1]. Недостатком этого способа является то, что после разделения потоков отбитых угля и породы породы отбитого прослоя направляются в завал.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ селективной выемки пологого угольного пласта, включающий раздельную выемку угля и пород прослоя очистным комбайном, разделение потоков отбитого угля и пород прослоя в очистном забое, раздельный транспорт отбитых угля и пород прослоя до поверхности [2].
Недостатками прототипа являются:
- узкая область применения, ограниченная пластами средней мощности, в которых только один прослой с кондиционным содержанием ценных компонентов, и залегает он примерно по средней линии мощности пласта;
- отсутствие активного воздействия на прослой при его разрушении, что при мощности прослоя, примерно равной половине мощности пласта, или его повышенной крепости вообще ставит под сомнение техническую осуществимость способа.
Известен комбайн для селективной выемки полезных ископаемых, содержащий корпус, раму, два исполнительных органа для выемки угля, два дополнительных рабочих органа для выемки прослоя, перегружатель отбитого угля и перегружатель отбитых пород прослоя [3]. Недостатками такого комбайна являются повышенная сложность управления исполнительными и дополнительными рабочими органами в процессе выемки пласта, а также то, что его работа предусматривает транспорт отбитых пород прослоя в выработанное пространство - завал, а не на поверхность.
Наиболее близким аналогом комбайна (по селективности его воздействия на массив полезного ископаемого), принятым в качестве прототипа, является комбайн, содержащий корпус, исполнительный орган избирательного действия, выполненный в виде стрелы с режущей головкой, погрузочный орган, выполненный в виде лотка с нагребающими лапами, и перегружатель [4]. Недостатками прототипа являются:
- повышенная ширина, требующая значительной площади обнажения кровли при работе в длинном очистном забое;
- установка комбайна на самоходном шасси, исключающая использование такого комбайна в составе механизированного комплекса по добыче угля.
Перечисленные недостатки, по нашему мнению, снижают эффективность селективной выемки угольных пластов при добыче угля и попутной добыче других более ценных, чем уголь, полезных ископаемых, входящих в состав угольного пласта и имеющих явно видимые отличия от угля.
Целью изобретения является повышение эффективности подземной разработки угольных пластов сложного строения, содержащих прослои с кондиционными содержаниями более ценных, чем уголь, полезными ископаемыми, за счет селективной выемки угля и прослоев более ценных полезных ископаемых и раздельной их выдачи на поверхность по транспортным цепочкам шахты.
Поставленная цель достигается тем, что в способе селективной выемки угольного пласта, включающем раздельную выемку угля и пород прослоя очистным комбайном в вынимаемой полосе в определенном порядке, разделение потоков отбитого угля и пород прослоя в очистном забое и раздельный транспорт отбитых угля и пород прослоя до поверхности, раздельную выемку угля и пород прослоя осуществляют в соответствии с их видимыми физическими различиями за один проход комбайна, разделение потоков отбитого угля и пород прослоя осуществляют по мере отбойки того и другого при погрузке в транспортное средство, а транспорт отбитых угля и пород прослоя до поверхности осуществляют соответствующими транспортными цепочками, причем ширину вынимаемой полосы принимают равной глубине погрузочного лотка, а порядок выемки угля и пород прослоя в вынимаемой полосе - от почвы к кровле. Поставленная цель достигается также тем, что в комбайне для селективной выемки угольного пласта, содержащем корпус, установленный на ходовой части; режущий исполнительный орган избирательного действия, выполненный в виде телескопической стрелы с режущей головкой, установленный на корпусе с возможностью поворота оси стрелы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости; погрузочный орган, выполненный в виде лотка с нагребающими лапами, установленными симметрично по обе стороны от продольной оси лотка, и перегружатель, ходовая часть выполнена в виде рамы с лапами, кинематически связанной со ставом скребкового конвейера, установленного на почве очистного забоя; режущий исполнительный орган установлен сбоку от продольной оси корпуса с возможностью поворота в горизонтальной плоскости в сторону массива полезного ископаемого от оси, параллельной оси корпуса; погрузочный орган установлен перпендикулярно оси корпуса; перегружатель выполнен в виде ленточного конвейера, снабженного плужковым сбрасывателем, причем исполнительных органов два и установлены они противоположно друг другу симметрично относительно оси лотка погрузочного органа.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема подготовки и отработки выемочного столба; на фиг.2 - схема размещения оборудования в очистном забое (поперечный разрез); на фиг.3 - очистной комбайн (вид в плане).
Способ селективной выемки угольного пласта сложного строения может быть реализован следующим образом. Выемочный столб пологого угольного пласта подготавливают проведением конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков, в монтажной камере монтируют секции механизированной крепи 3, скребковый консольный конвейер 4 и очистной комбайн 5. В конвейерном штреке 1 монтируют телескопический ленточный конвейер 6 и рельсовые пути 7, а в вентиляционном - рельсовые пути 8 и перегружатель 9.
Очистной комбайн для селективной выемки содержит корпус 10, установленный на раме с лапами 11, к боковой поверхности корпуса 10 со стороны угольного массива прикреплены два режущих телескопических исполнительных органа 12 и 13 избирательного действия, ориентированных параллельно оси корпуса комбайна во взаимно противоположных направлениях и установленных с возможностью поворота в вертикальной плоскости (вверх и вниз) и в горизонтальной плоскости (в сторону угольного массива от корпуса комбайна). С завальной стороны к корпусу 10 приварены две площадки 14 и 15 симметрично поперечной оси корпуса на уровне выше рамы. Эти площадки предназначены для размещения на них машиниста и помощника машиниста комбайна. В пространстве между исполнительными органами 12 и 13 перпендикулярно продольной оси корпуса 10 установлен двусторонний погрузочный лоток 16 с нагребающими лапами 17 и 18, снабженный ленточным перегружателем 19, рабочая ветвь ленты которого движется от угольного массива в сторону выработанного пространства (завала). Под корпусом 1 и над рабочей ветвью ленты перегружателя 19 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости прикреплен плужковый сбрасыватель 20. Очистной комбайн установлен на раме забойной части консольного скребкового конвейера 4.
Селективная выемка пологого угольного пласта осуществляется очистным комбайном по двухсторонней (челноковой) схеме. В исходном положении погрузочный лоток 16 находится в нише. Секции крепи задвинуты, перекрывая кровлю очистного забоя. Очистной комбайн 5, двигаясь от конвейерного штрека 1 к вентиляционному 2, раздельно вынимает полосу угля и породных прослоев. Сначала вынимают нижнюю пачку угля у почвы пласта на глубину, равную ширине погрузочного лотка 16, и вдоль очистного забоя - на величину телескопичности стрелы режущего исполнительного органа 12. Отбитый уголь нижней пачки нагребающей лапой 17 направляется на ленту перегружателя 19. Поскольку это уголь, то помощник машиниста опускает плужковый сбрасыватель 20 до соприкосновения с лентой перегружателя 20 - отбитый уголь нижней пачки сбрасывается с ленты перегружателя в забойный лоток консольного скребкового конвейера 4. Затем отбитый уголь нижней пачки консольным конвейером транспортируется до конвейерного штрека, где его перегружают на рабочую ветвь телескопического ленточного конвейера 6 и далее средствами магистрального транспорта он выдается на поверхность.
После выемки нижней пачки угля приступают к выемке породного прослоя. При этом плужковый сбрасыватель 20 переводят в верхнее положение - отбитая порода прослоя перегружателем 19 направляется в завальный лоток консольного скребкового конвейера 4. В завальном лотке отбитая порода транспортируется скребками к вентиляционному штреку, где перегружателем 9 направляется, например, в вагонетки, которыми и выдается на поверхность.
При выемке средней угольной пачки опускают плужковый сбрасыватель 20 - отбитый уголь транспортируется к конвейерному штреку, а при выемке следующего породного прослойка плужковый сбрасыватель поднимают - отбитая порода транспортируется к вентиляционному штреку и там, в зависимости от содержания ценных компонентов, может быть погружена в ту же вагонетку или в другую.
После выемки всех слоев очистной комбайн передвигают вдоль очистного забоя и повторяют выемку пласта в том же порядке до тех пор, пока очистной комбайн не выйдет на вентиляционный штрек. По мере продвижения очистного комбайна вдоль очистного забоя вслед за ним осуществляют передвижку секций крепи, до минимума сокращая площадь и время обнажения кровли. На сопряжении очистного забоя с вентиляционным штреком комбайн выполняет работы по формированию верхней ниши (в том же порядке выемки угольных пачек и породных прослоев), а после передвижки консольного конвейера и задвижки последних секций крепи приступают к выемке полосы в том же порядке.
Таким образом, за счет применения очистного комбайна с режущим исполнительным органом избирательного действия достигается раздельное воздействие на угольные пачки и породные прослои пласта; за счет использования в конструкции комбайна двухстороннего погрузочного органа с нагребающими лапами исключается необходимость разворачивать комбайн; за счет применения в конструкции комбайна поперечного ленточного перегружателя с плужковым сбрасывателем достигается разделение потоков угля и породы прослоев по соответствующим транспортным цепочкам, причем они могут быть также разделены в зависимости от очередности их выемки в порядке отработки слоев. Кроме того, использование такого комбайна позволяет организовать селективную выемку полосы угля за один проход очистного комбайна вдоль очистного забоя, за счет чего значительно сокращается время и площадь обнажения кровли в очистном забое. Все это свидетельствует о повышении эффективности селективной выемки угольного пласта, т.е. достижении цели изобретения.
Источники информации
1. Способ подземной селективной выемки полезного ископаемого. Патент РФ №1585520, Е21С 41/04, опубл. 1990, Бюл. №30 (аналог);
2. Способ селективной выемки пологого угольного пласта. Патент РФ №2312988, Е21С 41/18, опубл. 2007, Бюл. №35 (прототип);
3. Комбайн для селективной выемки полезных ископаемых. Патент РФ №2028449, Е21С 27/00, опубл. 1995 (аналог);
4. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник / Под ред. В.Н.Хорина. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987, с.211-214, рис.2.5 (прототип).