СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
COAL BED SELECTIVE REMOVAL METHOD

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к разработке угольного пласта с раздельной выдачей на склад добытого угля и других полезных ископаемых, содержащихся в угольном пласте, и может быть использовано как при подземном, так и при открытом способе разработки угольных месторождений, использующих ленточные конвейеры для транспорта горной массы.
При разработке угольных месторождений имеют место случаи, когда угольный пласт содержит в себе ценные и/или токсичные элементы-примеси, ценность некоторых из них значительно выше стоимости вмещающего угля, разрабатываемого пласта. Зачастую эти элементы-примеси сосредоточиваются в определенных участках пласта (в прослое, в прикровельной или припочвенной пачке, в виде линз, вкраплений, россыпей, включений и т.д.). Добыча этих полезных ископаемых совместно с вмещающим углем ведет к их разубоживанию, а обогащение всего объема добытой горной массы ведет к излишней загрузке оборудования, повышению затрат, увеличению потерь элементов-примесей.
Известен способ подземной селективной выемки полезного ископаемого, включающий раздельную выемку прослойка, содержащегося в пласте полезного ископаемого, прямым ходом очистного комбайна, выемку полезного ископаемого прямым и обратным ходом комбайна, разделение транспортных потоков отбитого прослойка и полезного ископаемого [1]. Недостатком этого способа является необходимость применения комбайна особой конструкции, не имеющей широкого применения при добыче полезных ископаемых, сложность раздельной выдачи на поверхность двух и более транспортных потоков.
В качестве прототипа принят способ селективной выемки угля, включающий раздельную выемку угля и прослоя с повышенным содержанием элементов-примесей очистным комбайном, разделение потоков отбитого угля и пород прослоя в очистном забое, транспорт угля и пород прослоя до магистральной выработки одними и теми же транспортными средствами и раздельную поставку угля и пород прослоя на склад [2].
Недостатками прототипа являются:
- узкая область применения, ограниченная пластами с явными, видимыми различиями между углем и породами прослоя, содержащего ценные элементы-примеси;
- низкая эффективность добычи угля, связанная со снижением нагрузки на забой по углю при добыче пород прослоя и с использованием транспортных средств для транспортировки пород прослоя;
- невозможность раздельной выдачи на склад угля и пород прослоя с элементами-примесями, в случае если породы прослоя необходимо разделить на два и более потока.
Эти недостатки снижают эффективность не только добычи угля, но и попутных полезных ископаемых в виде элементов-примесей.
Цель изобретения - повышение эффективности добычи угля из пластов, содержащих повышенные концентрации элементов-примесей, и попутной добычи ценных и/или токсичных элементов-примесей за счет инструментального контроля состава горной массы на выходе из очистного забоя и соответствующего этому составу разделению потоков горной массы перед его выдачей на склад.
Поставленная цель достигается тем, что в способе селективной выемки угольного пласта, включающем выемку угля и включений с повышенным содержанием элементов-примесей очистным комбайном, разделение потоков отбитого угля и включений, транспорт угля и включений до магистральной выработки одними и теми же транспортными средствами и раздельную поставку угля и включений на склад, предусматриваемые к попутной добыче элементы-примеси делят на группы, группам элементов-примесей присваивают приоритет в очередности извлечения, выемку угля и включений с ценными и/или токсичными элементами-примесями осуществляют одновременно за однократный проход комбайна в технологическом цикле, погрузку в участковое транспортное средство и транспорт отбитого угля и включений с элементами-примесями осуществляют совместно (валом) в виде горной массы, в участковом транспортном средстве контролируют (идентифицируют) содержание в горной массе различных групп элементов-примесей, а на сопряжении участкового транспорта с магистральным осуществляют разделение горной массы на поток угля и поток горной массы с включениями с повышенным содержанием элементов-примесей, причем количество таких потоков может быть равно количеству идентифицированных групп элементов-примесей.
Способ поясняется чертежом организации транспорта отбитого угля и пород прослоя с элементами-примесями и разделения потоков.
Способ может быть реализован при подземном способе добычи угля следующим образом. В выемочном поле угольного пласта, содержащего прослой ценного полезного ископаемого в виде элементов-примесей, подготавливают длинный выемочный столб по простиранию пласта проведением главных воздухоподающего 1, конвейерного 2 и вентиляционного 3 уклонов (или бремсбергов), конвейерного 4 и вентиляционного 5 штреков, которые на фланге столба сбивают монтажной камерой. В монтажной камере монтируют механизированный комплекс, состоящий из очистного комбайна 6, забойного конвейера 7 и секций механизированной крепи 8. В конвейерном штреке монтируют ленточный телескопический конвейер 9 и загрузочное устройство 10, позволяющее перегружать отбитую горную массу с забойного конвейера 7 на штрековый конвейер 9. В конвейерном уклоне (бремсберге) 2 устанавливают магистральный ленточный конвейер 11 и настилают рельсовый путь 12 для организации рельсового транспорта горной массы и вспомогательных материалов. На сопряжении ленточного конвейера 9 с магистральным конвейером 11 устанавливают загрузочное устройство 13 для организации перегрузки горной массы со штрекового конвейера на магистральный, а на сопряжении конвейера 9 с рельсовым путем 12 устраивают перегрузочное устройство 14 и устанавливают плужковый сбрасыватель 15 для организации пересыпа горной массы с ленты конвейера 9 в вагонетки 16. Над штрековым конвейером 9, недалеко от сопряжения штрека 4 с очистным забоем, монтируют излучатели и датчики 17 контроля состава горной массы, находящейся на грузовой ветви ленты конвейера 9. Их может быть один, два, три и т.д. в зависимости от предполагаемого ассортимента элементов-примесей, выявленных в данном угольном пласте и попутная добыча (выделение из отбитого угля) которых экономически или экологически оправдана. Каждый из датчиков 17 настроен на идентификацию одного из элементов определенной группы элементов-примесей и связан с соответствующим исполнительным механизмом, расположенным в узле разделения потоков. Например, первый датчик по ходу несущей ветви ленты конвейера 9 настроен на идентификацию радиоактивных элементов и связан с приводом управления плужкового сбрасывателя 15 по углу поворота в одну сторону и высоте, а также с течкой перегрузочного устройства 14 с той же стороны; датчик второй настроен на идентификацию благородных металлов и связан с приводом поворота плужкового сбрасывателя 15 в другую сторону и высоте, а также с течкой перегрузочного устройства 14 с другой стороны; датчик третий настроен на идентификацию компонентов, являющихся комплексным минеральным удобрением, и связан с приводом другого плужкового сбрасывателя (не показан); датчик четвертый - на токсичные компоненты. При этом заранее устанавливают приоритеты срабатывания приводов исполнительных механизмов. Например, срабатывание датчика-идентификатора радиоактивных элементов блокирует цепь управления приводами механизмов, управляемых датчиком-идентификатором, настроенным на драгоценные металлы и т.п.
Селективная выемка угольного пласта, содержащего включения радиоактивных элементов и благородных металлов (прогнозируемых результатами геологоразведки), осуществляется в следующем порядке. Очистной комбайн 6 вынимает полосу угля и грузит отбитую горную массу на забойный конвейер 7. Забойный конвейер 7 транспортирует ее к конвейерному штреку 4, где через загрузочное устройство 10 перегружает на ленту штрекового конвейера 9. Датчики-идентификаторы 17 контролируют содержание в транспортируемой горной массе химических элементов. При этом приоритет отдан датчику, идентифицирующему более ценный компонент, например радиоактивные элементы. Штрековый конвейер 9 транспортирует горную массу к конвейерному уклону (бремсбергу) 2. На сопряжении штрека 4 с конвейерным уклоном (бремсбергом) 2 горная масса с ленты конвейера 9 перегружается на ленточный конвейер 11 магистральной выработки 2, которым выдается на поверхность и далее - на склад.
При появлении в транспортируемой горной массе включений с повышенным содержанием радиоактивных элементов срабатывает соответствующий датчик-идентификатор 17; его сигнал поступает в систему управления приводов плужкового сбрасывателя 15. С задержкой по времени, соответствующей скорости движения ленты конвейера 9 и расстоянию транспортирования, плужковый сбрасыватель 15 занимает крайнее нижнее положение и сбрасывает горную массу в одну сторону с ленты конвейера 9 в перегрузочное устройство 14, откуда она через соответствующую течку поступает в вагонетки 16, замену которых осуществляет насыпщик известным способом. При обратном срабатывании датчика-идентификатора 17 с соответствующей задержкой во времени осуществляется обратное же срабатывание исполнительного привода плужкового сбрасывателя 15.
При появлении в транспортируемой горной массе повышенного содержания драгоценных металлов срабатывает один из соответствующих датчиков-идентификаторов 17. Результатом его воздействия на систему управления плужковым сбрасывателем станет поворот плужка на 90 градусов и занятие им крайнего нижнего положения; горная масса будет сбрасываться в противоположную сторону от оси ленты конвейера 9 и поступать в другой карман перегрузочного устройства 14. Насыпщик, извещенный о срабатывании датчика-идентификатора 17 на драгоценные металлы, обеспечивает подачу на перегрузку порожних вагонеток.
Таким образом, использованием датчиков-идентификаторов, установленных в начале транспортной цепочки горной массы, их ранжированием по приоритетам и их включением в цепь управления приводами исполнительных механизмов достигается разделение горной массы на два, три и более транспортных потоков с повышенным содержанием тех или иных элементов-примесей, следовательно, - раздельная выдача полезных ископаемых на склад. При этом селективность добычи угля встроена в традиционный технологический процесс комплексно-механизированной добычи угля.
Привлекательность данного способа состоит в том, что на существующих шахтах в конвейерных уклонах (бремсбергах) обязательно укладываются рельсовые пути для организации транспорта вспомогательных материалов, технология пересыпа отбитого полезного ископаемого с ленты конвейера в вагонетки отработана многолетним опытом ее использования на угольных шахтах; способ требует незначительных дополнительных капитальных затрат на автоматизацию и позволяет в условиях подземного предприятия разделить транспортные потоки из одного забоя с выдачей двух и более потоков горной массы на поверхность без снижения нагрузки на очистной забой по углю, т.е. повысить эффективность селективной выемки угля и попутной добычи различных групп элементов-примесей, а это и есть цель 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 пластовых полезных ископаемых. Патент РФ №2291300, Е21С 41/16. Опубл. 10.01.2007. Бюл. №1 (прототип).