Способ разработки мощного наклонного угольного пласта полосами по падению и секция механизированной крепи очистного забоя для его осуществления
Владельцы патента RU 2651831:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (ФИЦ УУХ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к разработке мощных наклонных угольных пластов. Способ разработки включает подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением флангового и ближнего скатов по линии падения по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций крепи, механизированную слоевую выемку угля в очистном забое с приданием почве каждого слоя уклона в сторону ската, принудительный транспорт угля вдоль забоя в сторону флангового ската при уклоне почвы слоя в сторону ближнего ската и в сторону ближнего ската при уклоне почвы слоя в сторону флангового ската и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии. Каждую секцию крепи со стороны выработанного пространства связывают гибкими связями с контейнером, а за поворотным ограждением сооружают желоб с высокими бортами. Боковой зазор, появляющийся между секциями крепи во время передвижки, перекрывают у почвы пласта контейнером, у кровли - бортом желоба передвигаемой секции крепи. В части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону ближнего ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны ближнего ската. В части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону флангового ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны флангового ската. В части очистного забоя в зоне смены угла наклона почвы слоя перекрывают боковые зазоры между секциями крепи с обеих сторон. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность разработки. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Техническое решение относится к горному делу, в частности к разработке мощных наклонных угольных пластов длинными столбами по простиранию, вынимаемых полосами по падению, а также к креплению очистного забоя и касается конструкции механизированной крепи для поддержания рабочего пространства в очистном забое.
Известен способ разработки наклонных и крутонаклонных угольных пластов по системе «Длинные столбы по простиранию», включающий подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, монтажной камеры, монтаж в ней средств комплексной механизации, выемку угля очистным комбайном, поддержание очистного забоя секциями механизированной крепи и транспорт отбитого угля вдоль очистного забоя (Способ разработки наклонных и крутонаклонных угольных пластов. / Патент 2332566 Российской Федерации, заявлено 15.12.2006, №2006144796, опубл. 27.08.2008, бюл. №24). Недостатком аналога является то, что при залегании пласта под углом 25 и более градусов к горизонту секции крепи при их передвижке сползают по линии падения пласта, повышая вероятность возникновения аварии в очистном забое и требуя повышенных материальных затрат на компенсацию указанного сползания или его недопущения.
Наиболее близким аналогом технического решения как способа разработки, принятым в качестве прототипа, является способ разработки мощного крутонаклонного угольного пласта полосами по падению, включающий подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением флангового и ближнего скатов по линии падения по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций крепи, механизированную слоевую выемку угля в очистном забое с приданием почве каждого слоя уклона в сторону ската, принудительный транспорт угля вдоль забоя в сторону флангового ската при уклоне почвы слоя в сторону ближнего ската и в сторону ближнего ската при уклоне почвы слоя в сторону флангового ската, проведение камеры разворота за пределами выемочной полосы в породах почвы пласта, смену местами и разворот в ней средств механизации, изменение направления уклона почвы слоя и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии (Способ разработки мощного крутонаклонного угольного пласта полосами по падению. / Патент 2461713 Российской Федерации, заявл. 21.02.2011, №201116521; опубл. 20.09.2012, бюл. №26).
Недостатком прототипа является то, что при разработке наклонного пласта (угол залегания пласта 25…35 градусов к горизонту) мощность вынимаемого слоя требует почти двукратной величины горизонтальной составляющей подвигания секций крепи. Это означает, что при уменьшении мощности вынимаемого слоя увеличивается количество слоев для отработки выемочной полосы, следовательно, больше будет и «пробег» средств механизации, в том числе и холостой, а увеличение мощности вынимаемого слоя потребует двукратного (или более) увеличения количества циклов передвижки крепи. Если не увеличивать количество циклов передвижки крепи, а увеличить шаг передвижки, то появятся боковые зазоры между секциями крепи, через которые возможен прорыв обрушенных пород из закрепного пространства в рабочее. И в том и другом случае снижается эффективность разработки наклонного угольного пласта, а также безопасность ведения горных работ.
Известна секция крепи очистного забоя крутонаклонного угольного пласта, содержащая основание, перекрытие, гидравлические стойки, ступени, образующие лестницу во внутреннем пространстве секции, боковые ограждения, домкраты передвижки и укосины (Крепь очистного забоя крутонаклонного угольного пласта. / Патент 2348812 Российской Федерации; заявл. 20.06.2007, №2007123230, опубл. 10.03.2009, бюл. №7). Недостатком аналога является то, что передвижку секций крепи можно производить только в одном определенном порядке - «слева - направо» или «справа - налево» в зависимости от того, с какой стороны приварены боковые ограждения. Установить боковые ограждения с обеих сторон нельзя в силу того, что тогда будет перекрыто пространство для перехода обслуживающего персонала с одной секции на другую.
Наиболее близким аналогом секции крепи, принятым в качестве прототипа, является секция механизированной крепи очистного забоя, содержащая основание, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением, поворотное ограждение, к которому со стороны выработанного пространства гибкой связью прикреплен один или два слоя накатника, гидравлические домкраты передвижки, установленные по боковым сторонам основания и ступени, образующие лестницу во внутреннем пространстве (Способ разработки мощного крутонаклонного угольного пласта полосами по падению. / Патент 2461713 Российской Федерации, заявл. 21.02.2011, №201116521; опубл. 20.09.2012, бюл. №26).
Недостатками прототипа являются:
- отсутствие распорной части крепи, обеспечивающей поддержание рабочего пространства;
- отсутствие боковых ограждений, предохраняющих рабочее пространство от прорыва обрушенных пород сбоку (в нижней части рабочего пространства, примыкающей к почве пласта);
- отсутствие ограждений, предохраняющих рабочее пространство от прорыва обрушенных пород сверху.
Эти недостатки снижают эффективность разработки наклонного пласта с использованием секций крепи данной конструкции.
Целью изобретения является повышение эффективности разработки мощных наклонных угольных пластов за счет увеличения мощности вынимаемого слоя и шага передвижки секций крепи, а также безопасности разработки путем перекрытия зазора между соседними секциями крепи в зависимости от направления уклона почвы части вынимаемого слоя.
Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки мощного наклонного 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 по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций крепи, механизированную слоевую выемку угля в очистном забое с приданием почве каждого слоя уклона в сторону ската, принудительный транспорт угля вдоль забоя в сторону флангового ската при уклоне почвы слоя в сторону ближнего ската и в сторону ближнего ската при уклоне почвы слоя в сторону флангового ската, проведение камеры разворота за пределами выемочной полосы в породах почвы пласта, смену местами и разворот в ней средств механизации, изменение направления уклона почвы слоя и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии, в соответствии с техническим решением каждую секцию крепи со стороны выработанного пространства гибкими связями связывают с контейнером, за ограждением сооружают желоб с высокими бортами, боковой зазор, появляющийся между секциями крепи во время передвижки, перекрывают у почвы пласта контейнером, у кровли - бортом желоба передвигаемой секции крепи, причем в части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону ближнего ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны ближнего ската, в части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону флангового ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны флангового ската, а в части очистного забоя в зоне смены угла наклона почвы слоя перекрывают боковые зазоры между секциями крепи с обеих сторон.
Поставленная цель достигается также тем, что в секции механизированной крепи очистного забоя, содержащей основание, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением, поворотное ограждение, перекрытие, гидравлические стойки, домкраты передвижки и ступени, образующие лестницу во внутреннем пространстве секции, в соответствии с техническим решением на поворотном ограждении по обеим сторонам со стороны выработанного пространства шарнирно установлены борта, в рабочем положении образующие желоб, дном которого является поворотное ограждение, борта, высоту которых принимают примерно равной планируемой мощности вынимаемого слоя, установлены с возможностью телескопического перемещения вдоль ограждения, с завальной стороны секция связана с металлическим контейнером открытого типа, высота которого не более высоты ограждения, нормально ориентированного к основанию, ширина равна ширине секции, а длина определяется соотношением
,
где l - длина контейнера, м,
mс - мощность вынимаемого слоя, м,
α - угол залегания пласта, град.
Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана подготовка и отработка выемочной полосы; на фиг. 2 - компоновка секции крепи в рабочем положении; на фиг 3 - то же в транспортном положении; на фиг. 4 - соответствие геометрических размеров крепи технологическим параметрам разработки; на фиг. 5 - выход комбайна за пределы выемочной полосы; на фиг. 6 - камера разворота (вид в плане).
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, в которых углеспускные отделения примыкают к выемочной полосе. У вентиляционного штрека 2 сооружают монтажную камеру 5, в которой монтируют секции механизированной крепи 6 очистного забоя мощного наклонного пласта.
Секция механизированной крепи 6 содержит основание 7, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением 8, ось 9, поворотное ограждение 10, перекрытие 11, две гидравлические стойки 12, шарнирно связанные с основанием 7 с забойной стороны и с перекрытием 11, ступени 13, образующие лестницу, и ограждение 14. К боковым сторонам основания прикреплены гидравлические домкраты передвижки 15.
Поворотное ограждение 10 со стороны выработанного пространства снабжено выдвижной частью со складывающимися бортами 16, в рабочем положении образующими желоб, дном которого является поворотное ограждение 10. Высоту борта (b) принимают примерно равной планируемой мощности вынимаемого слоя (mс). Ступени 13 лестницы выполнены из листового металла, приваренного к основанию под углом примерно равным углу залегания пласта.
В монтажной камере 5 секции крепи 6 устанавливают бок о бок в линию и связывают домкратами передвижки 15. Ограждение 8 каждой секции крепи со стороны выработанного пространства гибкими связями связывают с контейнером 17 открытого типа, ширина которого равна ширине секции крепи, высота не более высоты ограждения 8, а длину (d) принимают примерно равной возможному шагу передвижки секции крепи (l) (шаг передвижки зависит от мощности вынимаемого слоя). Борта 16 выдвижной части поворотного ограждения 10 переводят в рабочее положение, образуя желоб, который передвигают по поворотному ограждению в сторону выработанного пространства. При этом борта 16 желоба своими краями входят во внутреннее пространство контейнера 17. Желоб над поворотным ограждением и внутреннее пространство контейнера 17 заполняют накатником, обрезками деревянных стоек или породой (балластом).
В рабочем пространстве очистного забоя монтируют очистной комбайн 18 фронтального действия с режущим исполнительным органом избирательного типа, например типа ГПКС, 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.
В исходном положении секции 6 установлены в линию, перекрытия 11 поджаты к кровле пласта гидравлическими стойками 12.
Выемку угля осуществляют в тонких слоях, начиная с ближней границы выемочной полосы. Очистной комбайн 18, не доходя до ближней границы выемочной полосы, начинают зарубать в почву слоя I, придавая ей уклон в сторону ближнего ската, но не более допустимого для применяемых средств механизации - комбайна и самоходного вагона; комбайн грузит отбитый уголь в самоходный вагон 19. Самоходный вагон транспортирует уголь до флангового углеспускного ската 3, а в рабочем пространстве наклонного слоя I передвигают секции крепи 6. При этом по мере приближения к ближнему скату 4 расстояние, на которое необходимо передвинуть очередную секцию крепи, будет увеличиваться и в какой-то момент времени станет больше ширины ограждения 8. Начиная с этого момента, зазор, возникающий со стороны ближнего ската между неподвижной секцией крепи и передвигаемой секцией, от почвы пласта до нижнего края поворотного ограждения перекрывают боковой поверхностью контейнера 17, а выше - бортом 16 желоба передвигаемой секции крепи.
После передвижки секций крепи в первом наклонном слое (I), аналогичным образом вынимают уголь во втором наклонном слое (II), который будет длиннее первого, затем в третьем (III), четвертом (IV) и так далее. После выемки последнего возможного слоя комбайном 18 осуществляет выемку и оформление камеры разворота 20 за пределами выемочной полосы. Для этого вынимают уголь на высоту чуть больше высоты корпуса комбайна у кровли пласта; выводят комбайн за пределы выемочной полосы над ближним углеспускным скатом 4 и, совершая возвратно-поступательные движения веером, прорубают в угольном массиве и породах почвы пласта горизонтальную Т-образную камеру 20. Обнажения кровли пласта в Т-образной камере крепят анкерной крепью, а часть камеры, расположенную в породах почвы пласта, крепят традиционной рамной крепью.
После сооружения камеры разворота 20 комбайн 18 и самоходный вагон 19 разворачивают в ней и меняют местами. Затем комбайн 18 и вагон 19 холостым ходом перегоняют к фланговому скату 3 по почве отработанного слоя, который с этого момента будет являться транспортным. Здесь начинают выемку следующего слоя, наклоняя его в сторону флангового ската 3, а транспорт отбитого угля осуществляют самоходным вагоном 19 по почве транспортного слоя к ближнему углеспускному скату 4. В соответствии с этим, при передвижке секций крепи, бортом 16 желоба и боковой поверхностью контейнера 17 передвигаемой секции крепи перекрывают боковой зазор уже со стороны флангового ската (относительно фиксированной секции крепи).
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 20, где их опять разворачивают и меняют местами. Затем самоходный вагон и комбайн 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 21 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, комбайн 18 и самоходный вагон 19 по одному из углеспускных скатов выводят на конвейерный штрек. Секции крепи 6 по очереди, начиная со средней части выемочной полосы, переводят в транспортное положение и выводят на конвейерный штрек 1. Для этого разрушают связи секции крепи с контейнером, передвигают секцию вперед, выводя ее на почву последнего транспортного слоя (накатник при этом сползает с поворотного ограждения и остается в выработанном пространстве), складывают борта 16 желоба, возвращают выдвижную часть поворотного ограждения на место и сокращают длину стоек, опуская перекрытие. Следом за секцией выводят на штрек и контейнер.
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.
В ходе передвижки секции крепи боковой зазор, появляющийся между неподвижной (фиксированной) и передвигаемой секциями, перекрывают бортом желоба и контейнером передвигаемой секции крепи (относительно фиксированной секции). При этом в зависимости от направления уклона почвы слоя боковой зазор между секциями крепи перекрывают то со стороны ближнего ската, то со стороны флангового ската, а в части выемочной полосы, в которой меняется угол наклона почвы слоя, боковой зазор между секциями перекрывают с обеих сторон. Установка бортов желоба и связь секции с контейнером позволяет в любом порядке передвигать секции крепи без снижения безопасности ведения очистных работ. При этом размеры указанных устройств, принятые в соответствии с мощностью вынимаемого слоя, позволяют эффективно разрабатывать мощный наклонный пласт. Все это свидетельствует о достижении цели изобретения.
1. Способ разработки мощного наклонного угольного пласта полосами по падению, включающий подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, подготовку выемочной полосы проведением флангового и ближнего скатов по линии падения по обеим сторонам полосы, проведение монтажной камеры у вентиляционного штрека, монтаж в ней секций крепи, механизированную слоевую выемку угля в очистном забое с приданием почве каждого слоя уклона в сторону ската, принудительный транспорт угля вдоль забоя в сторону флангового ската при уклоне почвы слоя в сторону ближнего ската и в сторону ближнего ската при уклоне почвы слоя в сторону флангового ската, проведение камеры разворота за пределами выемочной полосы в породах почвы пласта, смену местами и разворот в ней средств механизации, изменение направления уклона почвы слоя и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии, отличающийся тем, что каждую секцию крепи со стороны выработанного пространства гибкими связями связывают с контейнером, а за ограждением сооружают желоб с высокими бортами, боковой зазор, появляющийся между секциями крепи во время передвижки, перекрывают у почвы пласта контейнером, у кровли - бортом желоба передвигаемой секции крепи, причем в части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону ближнего ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны ближнего ската, в части очистного забоя с уклоном почвы слоя в сторону флангового ската перекрывают боковой зазор между секциями крепи со стороны флангового ската, а в части очистного забоя в зоне смены угла наклона почвы слоя перекрывают боковые зазоры между секциями крепи с обеих сторон.
2. Секция крепи очистного забоя для осуществления способа по п. 1, содержащая основание, жестко связанное с нормально ориентированным к нему с завальной стороны ограждением, поворотное ограждение, перекрытие, гидравлические стойки, домкраты передвижки и ступени, образующие лестницу во внутреннем пространстве секции, отличающаяся тем, что на поворотном ограждении по обеим сторонам со стороны выработанного пространства шарнирно установлены борта, в рабочем положении образующие желоб, дном которого является поворотное ограждение, борта, высоту которых принимают примерно равной планируемой мощности вынимаемого слоя, установлены с возможностью телескопического перемещения вдоль ограждения, с завальной стороны секция связана с металлическим контейнером открытого типа, высота которого не более высоты ограждения, нормально ориентированного к основанию, ширина равна ширине секции, а длина определяется соотношением
,
где l - длина контейнера, м,
mc - мощность вынимаемого слоя, м,
α - угол залегания пласта, град.
