СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО КРУТОНАКЛОННОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПОЛОСАМИ ПО ПАДЕНИЮ
DEVELOPMENT METHOD OF THICK STEEPLY INCLINED COAL FORMATION IN STRIPS AS TO INCLINATION

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к разработке мощных крутонаклонных угольных пластов длинными столбами по простиранию, вынимаемых полосами по падению.
Аналогом данного способа является разработка крутонаклонных угольных пластов по щитовой системе, при которой выемочный столб подготавливается проведением вентиляционного и транспортного штреков, ходовых, вентиляционных и транспортных печей и монтажной камеры. В монтажной камере монтируют секционный щит и далее ведут очистные работы под щитом с использованием буровзрывных работ и средств механизации по доставке отбитого угля вдоль забоя до углеспускной печи [1]. Недостатком данного способа является применение буровзрывных работ, которые сами по себе опасны для человека и воздействуют на горный массив, вызывая обрушение и забучивание углеспускных печей и скважин, т.е. - аварийность очистного забоя.
За прототип принят способ механизированной разработки крутонаклонного угольного пласта по щитовой системе, включающий подготовку выемочного столба проведением штреков, подготовку выемочной полосы проведением скатов по линии падения пласта от конвейерного до вентиляционного штрека по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций механизированной крепи, механизированную выемку угля в уступообразном очистном забое, принудительный транспорт угля вдоль забоя и самотечный с верхнего слоя на нижний, с уступа на уступ и до транспортного штрека и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии [2].
Недостатками прототипа являются:
- низкая производительность очистного забоя, ограниченная транспортной производительностью шнекового исполнительного органа одной секции;
- повышенная опасность ведения очистных работ, связанная с тем, что вращающиеся части исполнительных органов соседних секций крепи находятся в непосредственной близости друг от друга;
- повышенная запыленность рабочего пространства очистного забоя, связанная с организацией самотечного транспортирования отбитого угля с уступа на уступ.
Эти недостатки снижают эффективность и безопасность способа разработки мощных крутонаклонных угольных пластов.
Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности выемки угля из крутонаклонных пластов за счет использования высокопроизводительных средств механизации как по отбойке угля от массива, так и по транспортированию его вдоль забоя, а также за счет сооружения камеры вне пределов выемочной полосы и организации в ней разворота применяемых средств механизации.
Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки мощного крутонаклонного угольного пласта полосами по падению, включающем подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением флангового и ближнего скатов по линии падения у почвы пласта от конвейерного до вентиляционного штрека по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций агрегатированной крепи, механизированную слоевую выемку угля в очистном забое, принудительный транспорт угля вдоль очистного забоя и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии, механизированную выемку угля осуществляют в слоях комбайном фронтального действия с исполнительным органом, выполненным в виде горизонтально ориентированного барабана с резцами, почве каждого слоя придают уклон не более допустимого угла наклона для комбайна и самоходного вагона, транспорт угля вдоль очистного забоя осуществляют самоходным вагоном на фланговый скат, при уклоне вынимаемого слоя в сторону ближнего ската, или на ближний углеспускной скат, при уклоне вынимаемого слоя в сторону флангового ската, изменение направления уклона слоя осуществляют после перемены местами самоходного вагона и комбайна и разворота их в камере, которую проводят за пределами выемочной полосы и используют повторно при выемке соседней выемочной полосы с симметричной ориентацией вынимаемых слоев, а остающиеся в пределах выемочной полосы целики вынимают исполнительными органами агрегатированных крепей.
Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана схема подготовки и отработки выемочного столба полосами по падению; на фиг.2 - схема размещения оборудования в очистном забое (поперечный разрез); на фиг.3 - схема промежуточного состояния отработки выемочной полосы; на фиг.4 - схема размещения оборудования в пространстве выемочной полосы на заключительном этапе; на фиг.5 - схема сооружения камеры разворота за пределами выемочной полосы.
Способ может быть реализован следующим образом. Длинный выемочный столб подготавливают проведением конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков. Выемочную полосу оконтуривают проведением у дальней границы столба (на фланге) углеспускного ската 3 у почвы пласта и у ближней границы - углеспускного ската 4 аналогичным образом. У вентиляционного штрека 2 сооружают монтажную камеру 5, в которой монтируют секции щитовой агрегатированной крепи 6 очистного забоя мощного крутонаклонного пласта.
Секция агрегатированной крепи 6 содержит основание 7, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением 8; ось 9; поворотное ограждение 10, во внутренней полости которого размещен выдвижной козырек 11. Со стороны выработанного пространства к ограждению 8 и поворотному ограждению 10 гибкой связью прикреплен один или два слоя накатника 12, длина бревен которого примерно равна ширине секции крепи. В пространстве между укосинами 13 с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости установлена телескопическая каретка 14, на которой также с возможностью углового перемещения установлен режущий исполнительный орган 15. Исполнительный орган 15 выполнен в виде телескопической стрелы со сферической режущей головкой, снабженной резцами. К боковым сторонам основания прикреплены гидравлические домкраты передвижки 16, обладающие двойной раздвижностью, а во внутреннем пространстве основания размещен гидравлический привод эмалированного скребка 17, который установлен перед основанием с возможностью поворота в плоскости своего поперечного сечения. Секции крепи устанавливают бок о бок в линию и связывают домкратами передвижки 16. При этом количество секций (длина очистного забоя) может быть принято по горно-геологическим условиям, например, по расстоянию между разрывами сплошности углевмещающего массива или из экономических условий.
В рабочем пространстве очистного забоя монтируют очистной комбайн 18 фронтального действия с режущим исполнительным органом, выполненным в виде горизонтально ориентированного барабана, например типа JOY 17CM, и самоходный вагон 19, например В15К.
Проветривание очистного забоя осуществляют за счет общешахтной депрессии по возвратноточной схеме: штрек 1, скат 3, пространство очистного забоя, скат 4, вентиляционный штрек 2.
c
c
В исходном положении секции 6 установлены в линию, выдвижные козырьки 11 выдвинуты до соприкосновения с кровлей пласта. Выемка угля осуществляется в слоях, начиная с ближней границы выемочной полосы. При этом машинисты комбайна и самоходного вагона должны всегда располагаться со стороны секций крепи. Очистной комбайн 18, не доходя до ближней границы выемочной полосы, начинает зарубаться в почву слоя и грузить отбитый уголь в самоходный вагон 19. При этом комбайн придает почве вынимаемого слоя I уклон под углом β в сторону ближнего углеспускного ската 4, но не более допустимого для применяемых средств механизации - комбайна и самоходного вагона. Самоходный вагон 19, в свою очередь, транспортирует уголь до флангового углеспускного ската 3. При этом расстояние L, с которого комбайн 19 начинают зарубать в почву монтажной камеры, принимают равным L=m·ctgβ, где m - мощность вынимаемого слоя, принимаемая в зависимости от шага передвижки секций крепи и из условия недопущения прорыва обрушенных пород в рабочее пространство. После отхода груженого вагона 19 от комбайна 18 последний задним ходом возвращают к началу зарубки в почву монтажного слоя; исполнительными органами 15 секций агрегатированной крепи 6, установленных в зоне вынутого наклонного слоя, осуществляют оконтуривание образовавшейся очистной выработки - подрубают угловой целик 20 у почвы слоя и целик 21 у кровли пласта. Отбитый уголь при этом просыпается на почву слоя, с которой комбайн 18 грузит его в подошедший разгруженный самоходный вагон 19. После зачистки почвы наклонного слоя комбайн 18 и самоходный вагон 19 опять возвращаются на почву слоя монтажной камеры, а в рабочем пространстве наклонного слоя I передвигают секции крепи 6.
c
После передвижки секций крепи в первом наклонном слое (I) аналогичным образом вынимают уголь во втором наклонном слое (II), который будет длиннее первого на величину L=m·ctgβ, затем в третьем (III), четвертом (IV) и так далее. Когда в монтажном слое останется ограниченное пространство, в котором смогут разместиться только комбайн 18 и самоходный вагон 19, комбайн 18 производит зачистку почвы текущего наклонного слоя до ближнего углеспускного ската 4 и далее осуществляет выемку и оформление камеры разворота 22 за пределами выемочной полосы. При этом комбайн 18 вынимает уголь на высоту чуть больше высоты своего корпуса у кровли пласта, выходит за пределы выемочной полосы над ближним углеспускным скатом 4 и, совершая возвратно-поступательные движения веером, прорубает в угольном массиве и породах почвы пласта горизонтальную T-образную камеру 22. Обнажения кровли пласта в T-образной камере крепят анкерной крепью 23, а часть камеры, расположенную в породах почвы пласта, крепят традиционной рамной крепью 24.
После сооружения камеры разворота 22 комбайн 18 и самоходный вагон 19 разворачивают в ней и меняют местами. Затем комбайн 18 и вагон 19 холостым ходом перегоняют по почве отработанного слоя, который с этого момента будет являться транспортным, к фланговому скату 3, где начинают выемку следующего слоя, наклоняя его в сторону флангового ската 3, т.е. в противоположную сторону. При этом транспорт отбитого угля осуществляют самоходным вагоном 19 по почве транспортного слоя к ближнему углеспускному скату 4.
Далее вынимают слои аналогичным образом до тех пор, когда в транспортном слое останется пространство, в котором смогут разместиться только комбайн 18 и самоходный вагон 19. Тогда вагон 19 и комбайн 18 задним ходом возвращают в камеру разворота 22, где их опять разворачивают и меняют местами. Затем самоходный вагон 19 и комбайн 18 уже по следующей транспортной выработке возвращают в пределы выемочной полосы и начинают следующий цикл выемки слоев аналогичным образом, но уже с транспортировкой отбитого угля к фланговому скату 3.
Когда сократится до минимального размера следующая транспортная выработка, осуществляют формирование камеры разворота 25 за пределами выемочной полосы и т.д.
На заключительном этапе работ по выемке полосы между секциями крепи 6 и транспортным штреком 1 оставляют целик безопасности 26, комбайн 18 и самоходный вагон 19 по одному из углеспускных скатов выводят на конвейерный штрек. Оставшийся целик безопасности 26 вынимают исполнительными органами 15 агрегатированных секций крепи 6, после чего их по очереди переводят в транспортное положение и выводят на конвейерный штрек 1.
Пространство отработанной полосы изолируют перемычками, оставляя возможность использования всех камер разворота для тех же целей при выемке соседней выемочной полосы, в которой направления отработки слоев и их наклона принимают симметрично относительно отработанной выемочной полосы.
Особенностями способа, выгодно отличающими его от прототипа и аналогов, являются:
- за счет организации выемки слоев с наклоном в разные стороны не только значительно упрощается и облегчается операция зарубки комбайна в следующий слой, но и появляется возможность формирования многократно используемой камеры разворота за пределами выемочной полосы, что значительно упрощает организацию работ по выемке слоев;
- за счет использования исполнительных режущих органов агрегатированных крепей только для оформления очистного забоя и организации собственно выемки угля комбайном фронтального действия появилась возможность многократного увеличения производительности забоя;
- индивидуальное агрегатирование секций позволяет набирать комплект оборудования любой длины в зависимости от горно-геологических условий, например, нарушенности пласта, т.е. позволяет вынимать запасы между нарушениями;
- современные комбайны фронтального действия оснащены системами отсоса пыли непосредственно в очистном забое, что значительно улучшает состояние рудничной атмосферы в зоне ведения очистных работ, а разворот комбайна и самоходного вагона в камере разворота способствует повышению безопасности ведения работ, т.к. машинисты указанных средств механизации находятся под защитой агрегатированных крепей.
В настоящее время нагрузка на очистной забой составляет 250-350 т/сут. с применением небезопасной взрывной технологии. Предлагаемый способ позволяет механизировать основные операции технологического цикла, повысить эффективность (нагрузка до 8000 и более т/сут.) разработки крутонаклонных угольных пластов. Это свидетельствует о достижении цели изобретения.
Источники информации
1. Технология щитовой разработки угольных месторождений / Курленя М.В., Зворыгин Л.В., Лебедев А.В. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988, с.27, рис.1.11 (аналог).
2. Способ разработки мощного крутонаклонного угольного пласта полосами по падению / Патент РФ №2360115, опубл. 27.06.2009, бюл. №18 (прототип).