Способ дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах и устройство для его осуществления
Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована при разработке угольных месторождений на пластах крутого залегания открытым способом, главным образом на угольных месторождениях, находящихся на завершающей стадии открытой разработки и на уже отработанных карьерных полях. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности отработки крутопадающих угольных пластов. Способ включает открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, создание барьерных целиков, закладку выемочных камер. В качестве бурового устройства используют фрезерную буровую машину, размещенную на дневной поверхности, с углом наклона фрезерного бурового инструмента от 45 до 90° от вертикали, при этом выемку угля из выемочных блоков ведут с использованием устройства гидровыдачи угля при соотношении твердой и жидкой фазы равном 1:3, после чего угольную пульпу направляют на обезвоживание угля до 7-8%, а сточные воды на обесшламливание и в оборот. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Заявляемая группа изобретений относится к горному делу и может быть использована при разработке угольных месторождений на пластах крутого залегания открытым способом, главным образом на угольных месторождениях, находящихся на завершающей стадии открытой разработки и на уже отработанных карьерных полях.
Известен способ шнекобуровой разработки тонких пластов угольных месторождений путем выбуривания угля шнекобуровой машиной, с открытой поверхности, и его выдачу ведут с использованием драглайна (см. патент США №4589700, МПК, кл. Е21С 41/31, Е21С 47/00, Е21С 41/26 от 20.05.1986 г.).
Недостатками способа является низкая производительность, значительные потери полезного ископаемого, ограниченное применение для разработки угольных месторождений, а также возможность применения данного способа только в качестве вспомогательного процесса.
Известен также способ выемки запасов полезного ископаемого с помощью разработчиков тонких пластов с секционной конвейерной установкой и с многозвенным шнековым транспортером (см. патент WO 95/02746, МПК. Кл. Е21С 41/28 от 12 июля 2004 г.).
Недостаток этого способа заключается в том, что он имеет ограниченную область применения, так как предусматривает отработку полезного ископаемого только после достижения открытыми горными работами предельного коэффициента вскрыши и только маломощных, одиночных, горизонтальных или слабонаклонных пластов.
Известен также способ и устройство возведения в грунте изоляционных стен путем проведения проходки щели фрезерованием, выемки разработанного грунтового материала из щели на дневную поверхность, заполнения полученной щели опорной суспензией для создания опоры и сохранения щели, подачи затвердевающей суспензии, которая вытесняет опорную суспензию (см. патент ФРГ №19530827 С2, МПК, кл. E02D 5/18 от 22.09.1995 г.).
Недостатком данного способа и устройства является их узкоспециализированная направленность, обеспечивающая только проведение строительных земляных работ, а именно возведение в грунте изоляционных стен, а также отсутствие технологических параметров и режимов для применения данного способа и устройства в технологиях разработки крутопадающих угольных пластов, что не позволяет экономически эффективно и безопасно применять их для добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ разработки полезных ископаемых из бортов карьеров, траншей или иных выработок путем открытой разработки и выемки полезного ископаемого выемочными камерами с оставлением между ними предохранительных целиков и последующей закладкой камер, реализуемый с использованием комплекса открыто-подземной разработки (см. патент РФ №2247241, МПК, кл. Е21С 41/00 от 20.06.2003 г.).
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает возможность отработки крутопадающих пластов, а также требует сохранения значительного размера предохранительных целиков между выемочными камерами, образующихся при работе комплекса открыто-подземной разработки, что приводит к потерям полезного ископаемого или необходимости перехода от открытой и открыто-подземной разработки пластов, проводимой с использованием комплекса открыто-подземной разработки, к добыче полезных ископаемых подземным способом. В результате значительно снижается экономическая эффективность освоения месторождения.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство и способ для возведения в грунте изоляционных стен, которое включает раму, одну или несколько расположенных снизу на раме нижних дисковых фрез, одну или несколько дополнительных дисковых фрез, расположенных сверху на раме, выполненных зеркально симметричными, относительно плоскости, проходящей перпендикулярно направлению подачи, устройство подачи жидкости, предназначенное для подачи в щель связующей жидкости (см. патент RU 2304197 С2, МПК, кл. E02D 5/20, E02F 5/08 от 08.08.2005 г.).
Недостатком данного устройства и способа является то, что они не предназначены для использования при открытой разработке крутопадающих угольных пластов путем выемки угля на дневную поверхность, так как используется при проведении строительных работ, а именно создания инженерных сооружений - «стены в грунте». Кроме того, для данного устройства и способа характерна низкая производительность, отсутствие специального оборудования для выбуривания угля выемочными камерами, на глубину до 100 м и более, а также его поднятия на дневную поверхность и складирования, что в совокупности данных недостатков не позволяет экономически и технологически эффективно проводить открытую разработку угольных месторождений.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и безопасности отработки крутопадающих угольных пластов за счет применения способа дистанционной добычи угля при открытых горных работах и фрезерного бурового инструмента с гидровыдачей угля, а также применения технологической схемы для обезвоживания угля и вторичного использования технологических вод в оборотном водоснабжении.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах, включающем открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, создание барьерных целиков, закладку выемочных камер в качестве бурового устройства, используют фрезерную буровую машину, размещенную на дневной поверхности, на головке угольного пласта с углом наклона фрезерного бурового инструмента от 45 до 90° от вертикали, при этом выемку угля из выемочных камер ведут с использованием устройства гидровыдачи угля при соотношении твердой и жидкой фазы равном 1:3, после чего угольную пульпу направляют на обезвоживание угля до 7-8%, а сточные воды на обесшламливание и в оборот.
Способ также заключается в том, что выемка угля из выемочного блока производится последовательным выбуриванием выемочных камер размером 1,2×2,2-3,5 м, по падению пласта, на глубину до 100 м и более.
Кроме того, в способе для упрочнения барьерного целика ведется создание инъекционных щелей путем контурной проходки щели фрезерованием размером 0,2×1,5 м, с выемкой угля, и заполнением инъекционной щелей упрочняющим составом, например композиционной смесью в виде угольного шлама, получаемого при осветлении сточных вод, воды, портландцемента марки 300, вскрышных пород с соотношением компонентов равным 3:2:1,2:5.
Буровое устройство дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах, содержащее фрезерующие/перемешивающие фрезы, выполненные зеркально-симметричными относительно плоскости, проходящей перпендикулярно направлению подачи, и вращающиеся в противоположных направлениях или в одном направлении, устройство подачи жидкости, приводы вращения, телескопическую буровую штангу, дополнительно снабжено устройством гидровыдачи угля на дневную поверхность, состоящим из конвейера лифт-ведра для подъема угля, и камерой для забора угольной пульпы, установленными над фрезерующими/перемешивающими фрезами, выполненными в виде двух смежных барабанных фрез.
При этом на поверхности фрезерных барабанов предусмотрена футеровка с установленными на ней одиночными фрезерными зубьями и фрезерными лентами, выполненными из износостойкого материала.
Кроме того, устройство гидровыдачи угля может быть выполнено в виде насоса, установленного в основании выемочной камеры, соединенного с армированным пульпопроводом для забора и подъема угольной пульпы на дневную поверхность.
В отличие от известного предлагаемый способ позволяет повысить эффективность добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах и экологическую безопасность ведения горных работ за счет использования фрезерной буровой машины в сочетании с технологией обезвоживания угля и использования сточных технологических вод для оборотного водоснабжения данной технологии.
Данный результат достигается путем зачистки угольного пласта или пластов по простиранию открытыми горными работами и установкой на пласт фрезерной буровой машины, что позволяет производить выбуривание угля выемочными камерами размером 1,2×2,2-3,5 м, под углом от 45 до 90° от вертикали, относительно оси простирания пласта, и на глубину до 100 м и более.
При этом с целью повышения производительности, а также непрерывности технологического процесса выемку угля из выемочных камер на дневную поверхность, ведут с использованием устройства гидровыдачи угля при соотношении твердой и жидкой фазы Т:Ж=1:3, после чего угольную пульпу направляют на обезвоживание угля до 7-8%, а сточные воды на обесшламливание, а затем возвращают обратно в технологический процесс.
Кроме того, для повышения долговечности и производительности фрезерного бурового инструмента на поверхности фрезерных барабанов установлена футеровка, на которой закреплены одиночные фрезерные зубья и фрезерная лента, выполненные из износостойкого материала.
Также для повышения безопасности открытых горных работ предварительно проводится упрочнение стенок выемочной камеры по ее периметру. Это достигается путем сохранения барьерного целика шириной 1,0 м и созданием инъекционной щели фрезерованием размером 0,2×1,5 м с выемкой угля и заполнением инъекционной щели упрочняющим составом. Например, композиционной смесью в виде угольного шлама, получаемого при осветлении сточных вод, воды, портландцемента марки 300, вскрышных пород с соотношением компонентов равным 3:2:1,2:5.
Таким образом вышеуказанный способ и устройство для его осуществления позволяют значительно повысить эффективность добычи угля и снизить экономические затраты на производство работ и рекультивацию месторождения, сопровождаемых при открытой и подземной разработке угольных месторождений, а также повысить безопасность жизнедеятельности при выемке угля и защиту окружающей среды. Это достигается за счет применения способа дистанционной добычи угля при открытых горных работах и фрезерной буровой установки с гидровыдачей угля на дневную поверхность, а также технологических действий, таких как обезвоживание угля и обесшламливание сточных вод для оборотного водоснабжения.
На фиг.1 изображена схема технологии дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах: а) вид сверху, б) вид в разрезе А-А; на фиг.2 - схема устройства для осуществления предлагаемого способа: а) вид сбоку, б) вид в разрезе B-B; на фиг.3 - принципиальная технологическая схема дистанционной добычи угля для осуществления предлагаемого способа.
Технология дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах содержит борт карьера 1, угольный пласт 2, выемочную камеру 3, барьерный целик 4, инъекционную щель 5, отработанную выемочную камеру 6, закладочный материал 7, добычную щель 8, насосную станцию 9, обезвоживающее устройство 10, транспортерную ленту 11, площадку для складирования угля 12, шламонакопитель 13, фрезерную буровую машину 14, фрезерный буровой инструмент 15, электропривод 16, фрезерные барабаны 17, устройство для подачи воды 18, армированный гидрошланг 19, устройство гидровыдачи угля 20, камеру для забора угольной пульпы 21, конвейер лифт-ведра 22, колесо с зубчатыми венцами 23, футеровку 24, одиночные фрезерные зубья 25, фрезерные ленты 26, дисковые фрезы 27, приводной барабан 28, передаточную цепь 29, штангу 30, крановую подвеску 31, крановый канат 32, дополнительную секцию конвейера лифт-ведра 33, приемный бункер 34.
Способ дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах осуществляется следующим образом. Открытыми горными работами производится предварительная зачистка угольного пласта 2 по простиранию, которая представляет собой горизонтальную ровную площадку. Затем на выровненную площадку устанавливают фрезерную буровую машину 14, которая ведет разработку угольного пласта 2 последовательным выбуриванием добычных камер 8 размером 1,2×2,2-3,5 м под углом от 45 до 90° от вертикали, относительно оси простирания угольного пласта (а) 2, и на глубину до 100 м и более. При этом для увеличения глубины разработки добычной камеры 8 используются дополнительные секции конвейера лифт-ведра 33.
Для выбуривания угля фрезерный буровой инструмент 15, состоящий из электропривода 16, применяемого для вращения фрезерных барабанов 17, и устройства гидровыдачи угля 20, устройства для подачи воды 18, армированного гидрошланга 19, устройства гидровыдачи угля 20, состоящего из камеры для забора угольной пульпы 21 и конвейера лифт-ведра 22, под действием двух фрезерных барабанов 17, вращающихся в противоположных направлениях, заглубляется в угольный пласт 2. Причем фрезерные барабаны 17 вращаются в направлении к устройству для подачи воды 18. Процесс выбуривания угля производится за счет направляющих дисковых фрез 27, установленных на торцах фрезерных барабанов 17, покрытых футеровкой 24 с одиночными фрезерными зубьями 25 и фрезерными ленточными зубьями 26, выполненными из износостойкого материала.
При этом для образования угольной пульпы через устройство для подачи воды 18, включающее армированный гидрошланг 19, в пространство между двух фрезерных барабанов 17 поступает вода, которая, образуя угольную пульпу, заполняет камеру для забора угольной пульпы 21. Затем угольная пульпа при соотношении твердой и жидкой фазы Т:Ж=1:3 из камеры для забора угольной пульпы 21 при помощи конвейера лифт-ведра 22 поднимается на дневную поверхность, где опорожняется в приемный бункер 34. Далее угольная пульпа поступает на обезвоживающее устройство 10 с получением надрешетного и подрешетного продуктов. Надрешетный продукт влажностью 7-8% поступает на транспортерную ленту 11 и разгружается на площадку для складирования угля 12. Подрешетный продукт в виде сточных вод содержащих шламистые частицы, поступает в шламонакопитель 13, где в результате естественного осаждения, а затем и обработки осветленной воды поверхностно-активными веществами происходит очистка сточных вод. Осветленные технологические воды из шламонакопителя 13 насосной станцией 9 направляются в технологический процесс, а накопленный шлам после дополнительного обезвоживания в спецотвал.
Для повышения безопасности ведения дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах между выемочными блоками создается барьерный целик 4 шириной 1,0 м, выполняющий барьерную и предохранительную функции, который предварительно упрочняется до начала отработки выемочной камеры 3. Упрочнение стенок выемочного блока 3 по его периметру достигается путем создания инъекционной щели 5 при проходке фрезерным буровым инструментом 15 размером 0,2-1,5 м, с выемкой угля и заполнением инъекционной щели упрочняющим составом. Например, композиционной смесью в виде угольного шлама, получаемого при осветлении сточных вод, воды, портландцемента марки 300, вскрышных пород с соотношением компонентов равным 3:2:1,2:5.
В результате использования барьерного целика 4 исключается попадание закладочного материала 7, например вскрышных пород, размещенного в отработанном выемочном блоке 6, в пространство ведения добычных работ, а также предотвращается обрушение пород висячего и лежачего бортов выработанного пространства.
Таким образом, вышеуказанный способ дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах и устройство для его осуществления позволяют значительно повысить эффективность добычи угля, снизить экономические затраты на производство работ и рекультивацию месторождения, а также повысить безопасность жизнедеятельности и защиту окружающей среды.
1. Способ дистанционной добычи угля на пластах крутого залегания при открытых горных работах, включающий открытую разработку и выемку угля выемочными камерами, создание барьерных целиков, закладку выемочных камер, отличающийся тем, что в качестве бурового устройства используют фрезерную буровую машину, размещенную на дневной поверхности, с углом наклона фрезерного бурового инструмента от 45 до 90° от вертикали, при этом выемку угля из выемочных блоков ведут с использованием устройства гидровыдачи угля при соотношении твердой и жидкой фазы равном 1:3, после чего угольную пульпу направляют на обезвоживание угля до 7-8%, а сточные воды - на обесшламливание и в оборот.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выемка угля из выемочного блока производится последовательным выбуриванием выемочных камер размером 1,2×2,2-3,5 м, по падению пласта, на глубину до 100 м и более.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание инъекционных щелей ведется путем контурной проходки щели фрезерованием размером 0,2×1,5 м, с выемкой угля, и заполнением инъекционных щелей упрочняющим составом, например композиционной смесью в виде угольного шлама, получаемого при осветлении сточных вод, воды, портландцемента марки 300, вскрышных пород с соотношением компонентов равным 3:2:1,2:5.
4. Устройство для выемки угля, содержащее фрезерующие/перемешивающие фрезы, выполненные зеркально-симметричными относительно плоскости, проходящей перпендикулярно направлению подачи, и вращающиеся в противоположных направлениях или в одном направлении, устройства подачи жидкости, приводы вращения, телескопическую буровую штангу, отличающееся тем, что дополнительно снабжено устройством гидровыдачи угля на дневную поверхность, состоящим из конвейера лифт-ведра для подъема угля, и камерой для забора угольной пульпы, установленными над фрезерующими/перемешивающими фрезами, выполненными в виде двух смежных барабанных фрез.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на поверхности фрезерных барабанов предусмотрена футеровка с установленными на ней одиночными фрезерными зубьями и фрезерными лентами, выполненными из износостойкого материала.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство гидровыдачи угля выполнено в виде насоса, установленного в основании выемочной камеры, соединенного с армированным пульпопроводом для забора и подъема угольной пульпы на дневную поверхность.
