СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
OPEN-UNDERGROUND MINING OF COAL SEAMS

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открыто-подземной разработке угольных пластов.
Известен открыто-подземный (комбинированный) способ разработки угольных месторождений, что хорошо сочетается с модульными структурами и позволяет быстро вводить в действие новые мощности, полнее использовать запасы месторождения, обеспечить более экономичную их разработку (1). В качестве практического применения на рис.1 схематично изображена область рационального применения комбинированной (открыто-подземной) разработки угольных пластов путем выбуривания пласта с борта разреза - границы ведения открытых работ Однако такой способ выбуривания технически не решен из-за большой мощности угольных пластов, разрабатываемых открытыми работами. В качестве средств выбуривания на всю мощность пласта применяются проходческие комбайны путем проведения тупиковых горных выработок (2). Но и при применении проходческих комбайнов вынуждены, как и при бурении, оставлять целики между тупиковыми горными выработками. Таким образом не обеспечивается полнота выемки запасов в пласте, остаются значительные технологические потери угля как по простиранию, так и по мощности пласта на мощных пластах. Обычно при работающих предприятиях по добыче открытым способом (далее «Разрез») фронт работ для применения подземной технологии с одной промплощадки ограничен.
По известному патенту RU 2430236 запатентован способ комбинированной разработки угольного месторождения, принят за «прототип». Основной недостаток это многооперационность и металлоемкость из-за сочетания различных технологий и применяемого горного оборудования, при этом, претендуют за счет одновременной работы по открытым и подземным работам столбами на интенсивность освоения месторождения.
Изначально выбуривают у границы 2-3 наклонные выработки, комплексом КГРП, затем продлевают, расширяют и крепят шахтной крепью. То же и в другой стороне панели, затем ведут работы по выемке угля из наклонных выработок, выбуриванием с оставлением целиков двигаясь к флангу.
Затем ведут проходку по простиранию, пересекая наклонные выработки.
Нарезают выемочный столб, и по окончанию упомянутых выше работ начинают отработку столба высокопроизводительным очистным комплексом, проходя через наклонные выработки, одновременно въезжая в них всем фронтом очистного забоя.
Но высокопроизводительные очистные работы не получаются, так как очистной забой должен будет проходить n-е количество промразрезок в виде наклонных выработок, пробуренных с применением КГРП, то есть выработок по почве пласта. При этом очистной комплекс сразу по всему фронту оказывается в выбуренной наклонной выработке, что делается по спецмероприятиям с задержкой очистных работ и предварительным усиленным креплением промвыработок, и так n-е количество раз. При этом это тупиковые выработки, которые необходимо заранее разгазовывать, обезвоживать, усиливать крепление. В завальной части наклонные выработки в целике с карьером из-за условий проветривания, самовозгорания необходимо через выбуренные выработки изолировать, заперемычевать. Законный вопрос: зачем КГРП, когда он мешает высокопроизводительной работе высокозатратного комплекса, обрекая его на n-е количество спада добычи - простоев. При этом уступ должен быть не только для размещения КГРП и транспорта, а для размещения промплощадок шахты с подъемом, угольным отвалом, главным вентилятором и тд. При этом используют три комплекса - это КГРП для выбуривания, проходческий комплекс для проходки по постоянной схеме, механизированный очистной комплекс. В общем, способ малоэффективный, затратный, металлоемкий, КГРП в этом способе лишний. Это тупиковые выработки, даже при нарезке столба во время проходки будут проблемы в местах сопряжений с выбуренными горными выработками.
Схема затратная и неэффективная.
Известен проходческо-очистной механизированный комплекс (блок) [4] нового технического уровня, отличается компоновочным решением установки серийно выпускаемых секций механизированной крепи, очистного комбайна, средств транспорта, крепления и кинематически взаимосвязан со вспомогательным штрековым оборудованием как при проведении горных выработок, так и при очистной выемке, исключая монтажно-демонтажные работы на стыке двух технологий.
№
Техническая характеристика
1
Площадь сечения выработки, м<sup>2</sup>
6-100
2
Вынимаемая мощность пласта, м
1,2-7
3
Скорость проведения выработки при сечении, 20 м<sup>2</sup>
6
4
Производительность техническая, т/мин
5
5
Количество секций крепи в одном блоке:
6
одинарных, шт
3
7
сдвоенных в вертикальной плоскости, шт
6
8
Вынимаемая ширина одного блока, м
4-6
9
Производственная мощность, т/мес
10
в лаве длиной 90 м, т/мес
1 млн.
11
в лаве длиной 30 м, т/мес
700 тыс.
12
Скорость проведения выработки, м/сут
50
13
Металлоемкость забойного оборудования на добычу млн т при короткозабойном методе, т
250
14
Масса блока с забойными коммуникациями при мощности пласта 3 м и ширине выработки 5 м, кг
50000
Предлагаемый проходческо-очистной механизированный комплекс (блок) имеет следующие отличительные особенности:
- Секции механизированной крепи совмещены в вертикальной плоскости в несколько рядов и объединены общей рамой каждого ряда, которая является опорой комбайна с исполнительным рабочим органом с поворотным устройством;
- Секции крепи, расположенные у почвы и кровли пласта, совмещены зеркально;
- Рама состоит из шарнирно-взаимосвязанных частей и снабжена выдвижной балкой-опорой;
- Части рамы выполнены полыми, снабжены входными окнами с гидроэжекторами и выдвижным телескопом;
- Транспортирующее устройство выполнено для маломощных пластов в виде загребающих лопастей вращательного действия на мощных пластах в виде углового конвейера;
- Козырьки секций крепи снабжены кронштейнами для установки бурильных машин и кассет для рулонной затяжки, узлом для фиксированного размещения загребающих лопастей;
- Выдвижная балка-опора состоит из отрезков, равных частям рамы (ширине секций крепи), шарнирно взаимосвязанных, и снабжена комбайновым движителем.
Такое выполнение проходческо-очистного блока позволяет унифицировать горно-шахтное оборудование в плоскости пласта (в системе «УЧАСТОК»), то есть применять оборудование как для проведения горных выработок, так и для очистной выемки. Кроме того, увеличивается область применения механизированных комплексов по вынимаемой мощности пласта, по пластам с углом наклона от 0 до 90°, уменьшается металлоемкость шахты по забойному оборудованию, увеличивается производительность по добыче в лаве, обеспечивается переменный клиренс комбайнам и совмещается отбойка, погрузка с немедленным анкерным креплением, как в лаве, в зоне геологических нарушений, так и при проведении выработки с постоянным анкерным креплением с перетяжкой кровли рулонной затяжкой.
Одновременная работа в нескольких зонах лавы увеличивает эффективность использования секций механизированной крепи, отпадает необходимость в длинных лавах, что обеспечивает полноту извлечения запасов шахтного поля, как благоприятных, так и неблагоприятных, возможность использования как традиционного, так и нетрадиционного транспорта. Кроме всего прочего, повышается эффективность пылеподавления не вдоль забоя, а от забоя, в отработанное пространство.
Не представляется трудоемким на базе существующих очистных комплексов осуществить реализацию проходческо-очистных блоков, обладающих функциональным показателем качества 0,9, область применения которых многократно превышает ранее достигнутые показатели горных машин.
Выполненные расчеты показывают, что при работе с применением проходческо-очистного комплекса нагрузка на проходческий забой будет составлять 10000-15000 т/сут, а на очистной забой 20000-30000 т/сут При этом, количество секций крепи на шахтах с нагрузкой 2 млн т уменьшится в три раза, а металлоемкость забойного оборудования, применяемого при проведении выработок и очистной выемке, снизится в 3-4 раза. Перевод такой шахты на отработку проходческо-очистными комплексами обеспечит годовую экономию в 150-300 млн руб.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении потерь угля при подземном способе добычи угля с борта разреза, а также в повышении области рационального применения комбинированной (открыто-подземной) разработки угольных пластов в снижении металлоемкости.
Проходку всех выработок осуществляют проходческо-очистным механизированным комплексом, с борта разреза с промплощадки №1 проходят конвейерный уклон и монтажно-демонтажный уклон, с некоторым отставанием с промплощадки №2 проходят конвейерный уклон и два монтажно-демонтажных уклона, после сбойки штреков с наклонными выработками промплощадки №2 осуществляют перегруппировку и комплектовку проходческо-очистного механизированного комплекса, затем начинают отработку запасов длинными выемочными столбами в восходящем порядке, столб отрабатывают короткими забоями по бесцеликовой технологии попеременно прямым и обратным ходом с формированием в завале вентиляционно-конвейерных просеков под защитой целика с креплением.
Второй монтажно-демонтажный уклон, пройденный с промплощадки №2, используется при дальнейшем продвижении приконтурной выемки по простиранию пласта по мере развития открытых горных работ
Сохранившиеся после отработки конвейерные уклоны и вентиляционно-дренажный штрек с водоотливом используют для подготовки и отработки запасов шахтного поля.
Вентиляционно-конвейерные просеки ограждают от завала оградительной сеткой, а целики над ними укрепляют удлиненными канатными анкерами.
Применением модулей обеспечивают полноту разработки запасов угля в пределах приконтурных зон угольных разрезов.
На чертеже показана схема (как вариант), поясняющая способ отработки приконтурной зоны угольного разреза подземным способом с применением патента РФ №2172410 [3, 4] или горнопроходческого добычного блока (модуля) [9].
Принимаем более прогрессивное понятие - «модуль».
Способ может быть реализован следующим образом. В пределах одного разреза или совместно с соседними у борта одного и того же пласта оборудуют промплощадки №1 и №2. С борта разреза проходят уклоны с промплощадки №1 соответственно у границы конвейерный 3 и монтажно-демонтажные камеры (МДК) 4. С некоторым отставанием с борта промплощадки №2 проходят также уклоны конвейерный 5 и два монтажно-демонтажных 6 и 7 с учетом дальнейшего продвигания по простиранию пласта по мере развития открытых работ Проходку уклонов осуществляют по технологической схеме проходческого агрегата (5) с применением телескопических ленточных конвейеров, аккумуляторов противопожарно-оросительного ставов с модулями 8 в забоях и обеспечением однопроцессной поточной технологии проведения горных выработок.
При достижении контурной границы разреза, модули уклонов 3, 4 разворачивают на 90 градусов в сторону промплощадки №2 и как двухъустьевые спаренные горные выработки проходят штреки конвейерный 9 и вентиляционно-дренажный 10 с оборудованием водоотлива 11. Сбивают горные выработки 9, 10 с монтажно-демонтажным 6 уклоном, разворачивают модули на 90 градусов своим ходом без распора по схеме РСС - распорноскользящий - скользящий (8), перегоняют и повторно разворачивают на 90 градусов два модуля в МДК 6, к ним же пристыковывают и модуль осуществившего проходку МДК 6. Объединившись в общий комплекс 12 из трех модулей при ширине каждого от 4,5 до 5,25 м (три секции крепи шириной по 1,5 и 1,75 м) очистным забоем длиной 15 м челночным способом снизу вверх полосами по 15 м, а при необходимости увеличивают зону действия каждого модуля путем дополнения линейными секциями с удлинением забойного конвейера, длину забоя увеличивают с учетом производительности ленточных конвейеров 13. Вентиляционные, они же конвейерные, просеки 14 формируются под защитой целика у верхнего борта, как показано на разрезах по А-А и Б-Б с укреплением кровли с завальной стороны удлиненными канатными анкерами 15 и оградительной сеткой 16.
Перемонтажи модулей осуществляют своим ходом (тройками) без распора в монтажно-демонтажных камерах 4, 6 - уклонах. По окончании разработки приконтурной подземной части разреза осуществляют демонтаж модулей в положении 17 путем поочередного разворота каждого модуля на 90 градусов, начиная с верхнего, и своим ходом перемещают по уклону без распора по схеме РСС на площадку №1 или №2. Сохранившиеся конвейерные уклоны 3, 5 и дренажно-вентиляционный 10 штрек используют для подготовки и отработки запасов шахтных полей (угольных пластов) с применением способов (6, 7). Оставшийся целик отрабатывается открытым способом до обнажения просека в завале (не показан).
Таким образом, при производительности одного модуля 5 т/мин, а при трех зонах в лаве с тремя модулями 15 т/мин, суточную техническую производительность получают при 20-ти часах работы в сутки в пределах 18000 т/сут, 540000 т/мес. При этом обеспечивается полнота выемки приконтурных запасов на разрезах с перспективой на разработку пласта шахтой с использованием уклонов, ширина которых не менее 5 метров, с размещением, как средств транспорта угля, так и средств доставки людей и материалов. Металлоемкость по заявке составляет 250 т или 0,25 кг/т, что меньше прототипа в 8 раз, где, соответственно, на 1 млн т добычи 2000 т или 2 кг/т.
Источники информации
1. Федорин В.А. и др. Технологический комплекс открыто-подземного способа разработки угольных месторождений Кузбасса. Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. Новокузнецк. 2012 г., стр.20, рис.1.
2. Патент РФ №2285121. Способ открыто-подземной разработки свиты пологих угольных пластов. Опубликован 10.10.2006 г.
3. Черных Н.Г. «Создание адоптивных агрегатов для малопроцессной поточной технологии проведения горных выработок», Кемерово, Кузбассвузиздат 2001. 152 с.
4. Патент РФ №2172410. Бюл. №23 Проходческо-очистной механизированный комплекс (блок), 2001.
5. Авторское свидетельство №781343. Проходческий агрегат Бюл. №43. 1980 г.
6. Способ подготовки и отработки запасов шахтных полей, заявка №2013101489. Решение о выдаче патента на изобретение от 13.01.2014 г.
7. Способ разработки наклонных угольных пластов, заявка №2013101720, 14.01.2013 г.
8. Черных Н.Г. Механизмы передвижения подземных горных машин. М. Уголь №12, 2012, стр.48.
9. Заявка №2013107317/03. Горнопроходческий добычной блок (модуль) от 19.02.2013. Бюл. №25.