СПОСОБ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО ПОЛОГОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
METHOD FOR OPEN-UNDERGROUND MINING OF HEAVY SLOPE COAL BED

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к открыто-подземной разработке мощных пологих угольных пластов наклонными слоями с уступа борта или со дна угольного разреза, и касается разработки пластов, залегающих под углом второй половины диапазона пологих пластов, т.е. от 9 до 18 градусов к горизонту.
Известен открытый способ разработки угольных пластов, включающий вскрытие пласта удалением пустых пород, залегающих над угольным пластом, планирование рабочей площадки, монтаж добычного оборудования, взрыхление и последующую добычу угля, его погрузку в транспортное средство и вывоз за пределы разреза [1]. Недостатком способа является то, что при достижении угольным разрезом предельной глубины запасы угля, сосредоточенные в границах горного отвода разреза, но за его контуром (в приконтурной зоне разреза) в виде вскрытого мощного пологого пласта, уходящего в борт разреза, не могут быть вынуты средствами механизации открытых горных работ.
В качестве прототипа принят способ разработки мощного пологого угольного пласта, включающий предварительную подготовку фронта очистных работ путем сооружения рабочей площадки на уступе борта разреза по линии простирания на уровне почвы пласта, монтаж на рабочей площадке комплекса глубокой разработки пласта, выемку угля этим комплексом в стороне от рабочей площадки путем проведения параллельных выработок прямоугольного сечения с оставлением соразмерных целиков, выдачу отбитого угля по выработке на рабочую площадку и погрузку его в транспортное средство или на временный склад [2].
Недостатками способа являются:
- повышенные потери угля в недрах из-за необходимости оставления нижней или верхней (в зависимости от физических свойств угля и пород кровли и почвы пласта) пачки вследствие ограниченности вынимаемой мощности выемочной машиной КГРП;
- высокая вероятность возникновения аварий очистного забоя из-за значительного по площади обнажения пород кровли и отсутствия крепления кровли в выработках.
Перечисленные недостатки снижают безопасность и эффективность разработки мощных пологих угольных пластов способом открыто-подземной разработки.
Цель изобретения - повышение безопасности и эффективности разработки мощного пологого угольного пласта способом открыто-подземной разработки за счет увеличения полноты извлечения запасов путем послойной выемки угля мобильными средствами механизации подземных очистных работ и крепления кровли крепью подготовительных выработок.
мц
к
<mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>м</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>к</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi></mrow><mrow><mi>sin</mi><mi>β</mi></mrow></mfrac></mrow>
Поставленная цель достигается тем, что в способе открыто-подземной разработки мощного пологого угольного пласта, включающем предварительную подготовку фронта очистных работ путем сооружения рабочей площадки на уступе борта разреза (или его дне) по линии простирания на уровне почвы пласта, монтаж на рабочей площадке средств механизации очистных работ, выемку угля этими средствами механизации в стороне от рабочей площадки путем проведения параллельных выемочных камер прямоугольного сечения с оставлением соразмерных междукамерных целиков, выдачу отбитого угля по выработке на рабочую площадку и погрузку его в транспортное средство или на временный склад, проходческо-очистным комбайном, работающим в паре с самоходным вагоном, диагонально линии падения пласта проводят уклон сначала под допустимым для средств механизации углом к горизонту вверх от почвы до кровли пласта, затем - вниз в слое у кровли пласта до границы горного отвода разреза, уклон крепят крепью подготовительных выработок, у границы горного отвода уклон поворачивают и направляют по линии простирания пласта, преобразуя его в штрек равного с уклоном сечения и аналогичного крепления, первоначальную длину штрека принимают равной не менее ширины междукамерного целика с учетом угла наклона оси уклона к линии падения пласта; выемочную камеру проводят до штрека параллельно уклону аналогичным образом и при этом удлиняют штрек на ширину междукамерного целика с учетом угла наклона оси камеры к линии падения пласта, выемочную камеру крепят анкерной крепью, ширину междукамерного целика принимают равной не менее длины комбайна, уголь междукамерного целика, начиная от дальней его границы, вынимают в диагональных заходках, нарезаемых комбайном из выемочной камеры под углом 120…135 градусов к оси выемочной камеры, измеренным от ее устья, сначала со стороны восстания пласта, между заходками оставляют целики, по ширине примерно равные ширине заходки, отбитый уголь транспортируют до временного склада по выемочной камере самоходным вагоном, на рабочей площадке комбайн разворачивают и, начиная от устья выемочной камеры, вынимают уголь в заходках со стороны падения пласта, ориентируя их под углом 120…135 градусов к оси выемочной камеры, измеренным от ее дальней границы, и располагая их в шахматном порядке относительно заходок со стороны восстания пласта, отбитый в этих заходках уголь транспортируют самоходным вагоном по выемочной камере в обратном направлении и далее на временный склад - по соседней параллельной выработке, затем выемочную камеру углубляют до почвы пласта и вынимают уголь в заходках, расположенных под отработанными заходками слоя у кровли пласта, но сначала со стороны падения пласта, затем, после разворота комбайна, - со стороны восстания, причем в качестве соседней параллельной выработки используют уклон, длину заходки принимают не более длины комбайна, а ширину междукамерного целика с учетом угла наклона оси выемочной камеры к линии падения пласта L принимают из соотношения
, где L - ширина междукамерного целика, измеренная по нормали к оси камеры и равная длине комбайна, α - угол залегания пласта, β - угол наклона оси выемочной камеры к горизонту вниз.
Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана схема проведения уклона до границы горного отвода угольного разреза; на фиг.2 - схема отработки мощного пласта, залегающего под углом более допустимого для применяемых мобильных средств механизации, т.е. второй половины диапазона залегания пологих пластов (9…18 градусов к горизонту).
Способ разработки мощного пологого угольного пласта, залегающего под углом α, входящим во вторую половину диапазона пологих пластов, т.е. 9…18 градусов, мобильными средствами механизации, допускающими наклон своей продольной оси на угол β не более 9 градусов к горизонту, может быть реализован следующим образом. С рабочей площадки на дне угольного разреза (уступе рабочего борта) проходческо-очистным комбайном 1, например, типа JOY, работающим в паре с самоходным вагоном 2, тупиковым забоем проводят диагональную выработку 3 - уклон. Сначала уклон 3 проводят под допустимым для комбайна 1 и самоходного вагона 2 углом к горизонту вверх до кровли пласта, затем - под допустимым углом вниз в слое у кровли пласта. У границы горного отвода угольного разреза комбайн 1 направляют горизонтально по линии простирания пласта, преобразуя уклон 3 в штрек 4 равного с ним сечения. Первоначальную длину штрека 4 принимают примерно равной суммарной длине комбайна 1 и самоходного вагона 2. Выработки 3 и 4 крепят крепью подготовительных выработок, например рамной металлической с железобетонной затяжкой межрамного пространства. Транспорт отбитого угля осуществляют по этим же выработкам самоходным вагоном 2 до рабочей площадки, где организуют временный склад угля 5.
<mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>м</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>к</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi></mrow><mrow><mi>sin</mi><mi>β</mi></mrow></mfrac></mrow>
мц
к
По завершении работ в уклоне 3 и штреке 4 комбайн 1 и вагон 2 выводят по уклону 3 на рабочую площадку. Затем в стороне от устья уклона 3 на расстоянии, определяемом соотношением
, где L - ширина междукамерного целика с учетом угла наклона оси уклона 3 к линии падения пласта, L - ширина междукамерного целика, измеренная по нормали к оси уклона и равная длине комбайна, α - угол залегания пласта, β - угол наклона диагональной выработки к горизонту вниз, параллельно уклону 3 аналогичным образом проводят выемочную камеру 6. Камеру 6 сбивают со штреком 4 и далее продлевают штрек на длину, равную ширине междукамерного целика с учетом угла наклона оси уклона 3 к линии падения пласта. Кровлю выемочной камеры 6 крепят анкерной крепью. Отбитый уголь самоходным вагоном 2 по почве выемочной камеры 6 транспортируют до рабочей площадки, где в створе с выемочной камерой 6 сооружают очередной временный склад 5.
После сбойки выработок 6 и 4 организуют нагнетательное проветривание (диагональная выработка 3, штрек 4, выемочная камера 6) и приступают к выемке угля в диагональных заходках в слое у кровли пласта. Сначала вынимают уголь в заходках 7, 8, 9 и т.д. со стороны восстания пласта, ориентируя их под углом 120…135 градусов к оси выемочной камеры, измеренным от ее устья. Между заходками 7 8, 9 и т.д. оставляют целики 10, 11-34, по ширине примерно равные ширине заходки. При этом длину диагональной заходки принимают не более длины комбайна. Отбитый уголь самоходным вагоном 2 по почве выемочной камеры 6 транспортируют до рабочей площадки.
После выемки угля во всех возможных заходках из выемочной камеры 6 со стороны восстания пласта комбайн 1 и вагон 2 выводят на рабочую площадку, где их меняют местами, разворачивают и возвращают в выемочную камеру 6. Затем приступают к выемке угля в диагональных заходках со стороны падения пласта. Заходки 12, 13, 14 ориентируют под углом 120…135 градусов к оси выемочной камеры 5, но измеренным уже от сопряжения камеры 6 со штреком 4. Между заходками 12, 13, 14 оставляют целики 15, 16. Заходки со стороны падения пласта нарезают в шахматном порядке относительно заходок со стороны восстания пласта, т.е. устье заходки, нарезаемой со стороны падения пласта, располагают напротив целика, оставленного между заходками, отработанными со стороны восстания пласта. Транспорт отбитого в этих заходках угля осуществляют самоходным вагоном 2 по выемочной камере 6 в обратном направлении, далее по штреку 4 и уклону 3 до склада 5.
Отработав все возможные заходки в слое у кровли пласта, комбайн 1 зарубают в почву камеры 6 и углубляют ее до почвы пласта от сопряжения со штреком 4 до рабочей площадки, формируя выемочную камеру 17. Затем вынимают уголь в заходках 18, 19. 20 соответственно под отработанными заходками 12, 13 и 14 со стороны падения пласта. После выемки угля в заходках со стороны падения пласта комбайн 1 и вагон 2 опять меняют местами на рабочей площадке, разворачивают и приступают к выемке угля в заходках со стороны восстания пласта, в слое у его почвы. При этом комбайном 1, начиная от сопряжения камеры 6 (17) со штреком 4, вынимают уголь в заходках 21, 22, 23-32 соответственно под заходками 7, 8, 9-20.
После отработки всех заходок выемочной камеры 6 (17), комбайн 1 и вагон 2 выводят на рабочую площадку и в стороне от устья камеры 6 (17) на расстоянии не менее ширины междукамерного целика с учетом угла наклона оси уклона 3 к линии падения пласта начинают проводить тупиковым забоем выемочную камеру 24 до сопряжения со штреком 4 и далее в описанном порядке.
Крепление кровли проводимых выемочных камер, уклона и штрека снижает аварийность проведения выработок и повышает безопасность ведения горных работ;
Использование мобильных средств механизации, в частности проходческо-очистного комбайна и самоходного вагона, в предлагаемой технологической схеме:
- минимизирует затраты времени на ведение подготовительных работ;
- позволяет вынимать уголь в междукамерных целиках в два слоя, в условиях залегания пласта под углом более допустимого для мобильных средств механизации;
- требует минимального количества обслуживающего персонала по сравнению с традиционными средствами комплексной механизации, т.е. повышает производительность труда;
- позволяет вовлечь в интенсивную отработку запасы угля в приконтурной зоне разреза.
Все перечисленное свидетельствует о повышении безопасности и эффективности открыто-подземной разработки мощного пологого угольного пласта, залегающего под углом второй половины диапазона пологих пластов, т.е. о достижении цели изобретения.
Источники информации
1. Бокий Б.В. Горное дело. - Москва: Углетехиздат, 1953, с.516-522 (аналог).
2. Нецветаев А.Г., Репин Л.Н., Соколовский А.В. Технология добычи угля с применением комплексов глубокой разработки пластов / Уголь, ноябрь, 2004, с.41-43 (прототип).