Патент на изобретение №2398966

(54) СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТОНАКЛОННЫХ И КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке мощных крутонаклонных и крутых угольных пластов. Способ разработки включает разделение выемочного поля скатами на участки, механизированную выемку угля комбайном горизонтальными или слабонаклонными слоями в нисходящем порядке длинными заходками по простиранию, транспортировку угля, закладку выработанного пространства литой твердеющей смесью. Отбитый уголь из забоев транспортируют по желобам гидротранспортом, после отработки заходок желоба накрывают такими же желобами для формирования технологических выработок после закладки заходок твердеющей смесью. Для перевода комбайна в нижележащий слой проходят спиральную выработку меньшего размера по высоте, чем заходки от ската до кровли и обратно до почвы пласта на уровень вышележащего слоя, с возможностью движения комбайна после отработки вышележащего слоя по спиральной выработке, для расширения ее размера по высоте до размера заходок. Спиральная выработка служит для гидротранспорта угля и проветривания забоя. Изобретение позволяет повысить эффективность работы очистных забоев при повышении безопасности горных работ. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке мощных крутонаклонных и крутых угольных пластов.

Известен способ разработки мощных крутых пластов гидроотбойкой с литой твердеющей закладкой (Патент 2069752).

Недостаток способа – высокая трудоемкость проведения и крепления подэтажных штреков. Для эффективной гидроотбойки угля необходимо создавать напор воды выше прочности угля на сжатие. В настоящее время на гидрошахтах создается напор воды 14-16 МПа. При таком давлении гидроотбойка эффективна при прочности угля на сжатие до 10 МПа с расходом воды примерно 10 м³/т добычи угля. На более прочных углях 15-20 МПа и более расход воды возрастает до 30 м³/т и процесс гидроотбойки становится неэффективным. Для разрушения угля приходится применять буровзрывные работы, что нарушает непрерывность выемки угля и снижает эффективность работы забоев.

Следующим недостатком технологии является большой размер обнажения боковых пород в заходках (не менее 8 м по высоте), что создает опасность вывалов и обрушений угля, вмещающих пород и закладочного массива. В этом случае процесс выемки угля, управления состоянием боковых пород и закладочного массива становится не контролируемым, что снижает безопасность горных работ.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Способ разработки мощных крутых пластов угля горизонтальными слоями в нисходящем порядке» (А.С. 866194).

Сущность данного способа заключается в том, что выемочное поле разделяется скатами на участки, отработку которых производят горизонтальными (слабонаклонными) слоями в нисходящем порядке с механизированной выемкой слоев комбайном длинными заходками по простиранию, транспортировкой угля и закладкой выработанного пространства литой твердеющей смесью.

Недостатком способа является недостаточная эффективность очистного забоя по выемке и транспортировке угля. Транспортировка угля осуществляется самоходными вагонами и выемка угля носит циклический характер. В результате значительную часть рабочего времени комбайн простаивает.

Другим недостатком данного способа является то, что проветривание очистного забоя осуществляется вентилятором местного проветривания, что снижает безопасность горных работ. Проветривание очистных забоев вентиляторами местного проветривания допускается только с разрешения территориального органа Ростехнадзора (Правила безопасности в угольных шахтах, п.192 ПБ 05-618-03). При разработке угольных пластов с высокой газоносностью может возникнуть опасность загазовывания забоев и такой способ проветривания забоев могут не допустить.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, – повышение эффективности работы очистных забоев при повышении безопасности горных работ.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе разработки мощных угольных пластов крутого и крутонаклонного падения, включающем разделение выемочного поля скатами на участки, механизированную выемку угля комбайном горизонтальными (слабонаклонными) слоями в нисходящем порядке длинными заходками по простиранию, транспортировку угля, закладку выработанного пространства твердеющей смесью, отбитый уголь из забоев транспортируют по желобам гидротранспортом; после отработки заходок желоба накрывают такими же желобами для формирования технологических выработок после закладки заходок твердеющей смесью.

Сформированные из желобов технологические выработки используют в качестве воздухопроводов для проветривания длинных заходок за счет общешахтной депрессии, а также для отвода воды от промывки закладочного трубопровода.

Отработку слоев производят вначале первичными заходками, между которыми оставляют целики, которые отрабатывают вторичными заходками после закладки первичных заходок и отверждения закладочной смеси.

При отработке нижележащего слоя желоба в технологических выработках демонтируют и укладывают на почву заходок для гидротранспорта угля.

Для перевода комбайна в нижележащий слой проходят спиральную выработку меньшего размера по высоте, чем заходки от ската до кровли и обратно до почвы пласта на уровень вышележащего слоя, комбайн после отработки вышележащего слоя движется по спиральной выработке, расширяет ее размер по высоте до размеров заходок, а спиральная выработка служит для гидротранспорта угля и проветривания забоя.

Отличительными признаками заявленного способа от прототипа являются следующие:

– отбитый уголь из забоев транспортируют по желобам гидротранспортом. Использование гидротранспорта угля от забоя до аккумулирующей камеры позволяет вести практически непрерывную выемку угля комбайном, поскольку укладка желобов на почву выработки и наращивание труб для подачи воды производится примерно через 10 м подвигания забоя и занимает незначительную часть рабочего времени. Этим достигается повышение эффективности работы очистного забоя.

– после отработки заходок желоба накрывают такими же желобами для формирования технологических выработок после закладки заходок твердеющей смесью.

– Сформированные из желобов технологические выработки используют в качестве воздухопроводов для проветривания длинных заходок за счет общешахтной депрессии, а также для отвода воды от промывки закладочного трубопровода. Использование желобов как для транспортировки угля, так и для формирования технологических выработок, которые служат в качестве воздухопроводов для проветривания забоев и отвода воды от промывки закладочного трубопровода, устраняет необходимость транспортировки желобов из заходок перед их закладкой, проходки или возведения вентиляционной выработки, благодаря чему снижается трудоемкость вспомогательных работ и повышается эффективность работы забоев.

После закладки заходок твердеющей смесью трубопроводы промывают водой. Как правило, воду сбрасывают на закладочный массив, что приводит к снижению его прочности и заиливанию горных выработок. Отвод воды от промывки трубопроводов по желобам (технологическим выработкам) позволяет при прочих равных условиях повысить прочность закладочного массива, следовательно, экономичность и безопасность горных работ.

– отработку слоев производят вначале первичными заходками, между которыми оставляют целики, которые отрабатывают вторичными заходками после закладки первичных заходок и отверждения закладочной смеси. Поочередная выемка первичных и вторичных заходок позволяет вести непрерывную выемку угля в слое и одновременно закладку заходок твердеющей смесью, что повышает эффективность добычи угля.

– при отработке нижележащего слоя желоба в технологических выработках демонтируют и укладывают на почву заходок для гидротранспорта угля. Эта операция позволяет устранить необходимость транспортировать желоба при выемке угля, что повышает эффективность работ.

– для перевода комбайна в нижележащий слой проходят спиральную выработку меньшего размера по высоте, чем заходки от ската до кровли и обратно до почвы пласта на уровень вышележащего слоя. Комбайн после отработки вышележащего слоя движется по спиральной выработке, расширяет ее размер по высоте до размеров заходок, а спиральная выработка служит для гидротранспорта угля и проветривания забоя. Проходку спиральных выработок совмещают по времени с выемкой вышележащих слоев, благодаря чему комбайн после отработки очередного слоя движется в нижний слой, не прекращая работы по выемке угля. Это также повышает эффективность работы очистных забоев.

Совокупность отличительных признаков, характеризующих способ, позволяет повысить эффективность работы очистных забоев при повышении безопасности горных работ.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 – общий вид двукрылого выемочного поля в плоскости угольного пласта; на фиг.2 – поперечный разрез пласта по центральному скату; на фиг.3 – поперечный разрез пласта по фланговому скату; на фиг.4 – поперечный разрез пласта по фланговому скату на уровне отрабатываемого слоя; на фиг.5 – спиральная выработка в плане; на фиг.6 – очистной забой, продольный разрез по заходке; на фиг.7 – очистной забой в плане; на фиг.8 – схема закладки длинных заходок.

Способ осуществляется следующим образом.

Выемочное поле, размером по простиранию 200-300 м (фиг.1) вскрывается с полевых штреков 1 и 2 (фиг.2, 3) соответственно на вентиляционном и откаточном горизонтах квершлагами 3, 4, 5 и 6, 7, 8. Между откаточными и вентиляционными квершлагами в лежачем боку пласта проводятся фланговые 9, 10 и центральный 11 скаты. Выемочное поле разделяется центральным скатом на два крыла (участка). Центральный скат 11 (фиг.2) служит для отвода исходящей струи воздуха, перемещения людей, доставки материалов и оборудования, размещения закладочного, промывочного трубопроводов. Фланговые скаты (фиг.3) служат для вскрытия и подготовки горизонтальных слоев, подачи свежего воздуха в очистные забои, перемещения людей, транспортировки угольной пульпы, размещения напорного водовода и электрокабелей.

Отработка участков производится слабонаклонными слоями 12, 13 (фиг.1) высотой 3-4 м в зависимости от устойчивости угольного массива в нисходящем порядке. Угол наклона слоев 5-6° необходим для самотечной транспортировки угля и закладочной смеси в заходках.

Выемка угля начинается от фланговых квершлагов 3, 5 с проходки ортов, например, комбайнами К75ГД до кровли пласта. Слои отрабатываются длинными заходками шириной 3-4 м по простиранию пласта. Проветривание забоев при отработке первого слоя осуществляется вентиляторами местного проветривания, а при отработке последующих слоев за счет общешахтной депрессии. Крепление ортов и заходок при отработке первого слоя производится деревянной рамной крепью. Вначале отрабатываются первичные заходки 14, 15, 16 от кровли пласта, между которыми оставляются целики тех же размеров, что и заходки (фиг.4). Отбойка угля производится комбайном 17. На рабочем органе комбайна установлен монитор, через который вода под напором 3-3,5 МПа подается на забой для смыва угля. Транспортировка угля от забоя – самотечным гидротранспортом по желобам 18 (фиг.6, 7) до фланговых скатов, в которых по трубам угольная пульпа поступает на откаточный горизонт в гидрокамеры 19 (фиг.3). По мере подвигания забоя укладывают желоба 18 (фиг.7) на почву заходок и наращивают напорный водовод 20. После отработки заходки до центрального орта комбайн 17 возвращают на фланговый орт и начинают отработку следующей заходки (фиг.4).

Закладку отработанных заходок производят в следующей последовательности (фиг.8). Производится подготовка выработанного пространства к приему литой твердеющей смеси. Для этого желоба, уложенные на почве заходки, накрывают такими же желобами, скрепляют между собой и таким образом на почве каждой заходки формируют технологическую выработку 21 (фиг.4). Данные выработки после закладки заходок твердеющей смесью служат в качестве воздухопроводов для проветривания забоев при отработке нижележащего слоя. У сопряжения с фланговым ортом возводят перемычку 22 (фиг.8); вторую перемычку 23 возводят через 40-50 м. Литая твердеющая смесь от закладочного комплекса (на фиг. не показано) по трубопроводу 24, проложенному в центральном скате 11, по центрального орту 25 подается непосредственно за перемычку 23. После заполнения пространства между перемычками твердеющую смесь направляют в другой трубопровод, а ранее действующий промывают водой и укорачивают до следующей перемычки. Воду от промывки трубопровода сбрасывают перед перемычкой 23 и она по выработке 21, находящейся под закладочным массивом, отводится на откаточный горизонт в отстойник (на чертежах не показано). Закончив закладку другой заходки, снова подают твердеющую смесь в подготовленное пространство.

После отработки первичных заходок приступают к выемке вторичных 26, 27 (фиг.4). К моменту отработки вторичных заходок закладочный массив в первичных заходках должен набрать необходимую прочность (1,5-2,0 МПа). Для набора такой прочности требуется примерно 7-8 суток с момента закладки заходок. С учетом этого выбирают длину выемочного поля.

Отработку второго и последующих слоев осуществляют под защитой искусственного массива. Для повышения устойчивости искусственного массива заходки нижнего слоя (фиг.4) смещают относительно заходок верхнего, т.е. располагают в шахматном порядке. При выемке длинных заходок у кровли и почвы пласта боковые породы укрепляют металлическими анкерами. При необходимости борта заходок в угольном массиве укрепляют деревянными или бамбуковыми анкерами.

Выемка заходок в нижнем слое производится аналогично выемке верхнего. Проветривание очистного забоя осуществляется за счет общешахтной депрессии: свежая струя воздуха поступает по фланговому скату 9 в орт 28 (фиг.3), далее в заходку 29 и по технологической выработке (воздухопроводу) 21 (фиг.6, 7) выходит на центральный скат 11 (фиг.1). При отработке заходок желоба в технологических выработках 21 демонтируют и укладывают на почву выработки для гидротранспорта угля. Благодаря этому отпадает необходимость убирать желоба из заходок перед подачей закладки и приносить их в заходки при их отработке.

Для перевода комбайна в нижний слой проходят спиральные выработки 30 меньшего размера по высоте, чем заходки (фиг.4, 5). Спиральные выработки проходят с опережением на один – два слоя от фланговых скатов 9, 10 до кровли пласта и затем с подъемом к почве на уровень вышележащего слоя. Выработки закрепляют деревянной рамной крепью. После отработки очередного слоя комбайн переходит в нижний слой по спиральной выработке, при этом ее размер по высоте увеличивается до размера заходок. Транспорт отбитого угля осуществляется также по желобам. После перевода комбайна в нижележащий слой фланговые скаты на уровне почвы отработанного слоя изолируются, а изолированная часть ската, спиральная выработка и последняя отработанная заходка закладываются твердеющей смесью. Таким образом, перевод комбайна в нижний слой производится также под защитой искусственного массива. При отработке последующих слоев технологический цикл повторяется.

Таким образом, данный способ позволяет вести непрерывную выемку и транспортировку угля, проветривать забой за счет общешахтной депрессии, что повышает эффективность работы очистных забоев и безопасность горных работ.

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных угольных пластов крутого и крутонаклонного падения, включающий разделение выемочного поля скатами на участки, механизированную выемку угля комбайном горизонтальными или слабонаклонными слоями в нисходящем порядке длинными заходками по простиранию, транспортировку угля, закладку выработанного пространства литой твердеющей смесью, отличающийся тем, что отбитый уголь из забоев транспортируют по желобам гидротранспортом, после отработки заходок желоба накрывают такими же желобами для формирования технологических выработок после закладки заходок твердеющей смесью, при этом, для перевода комбайна в нижележащий слой, проходят спиральную выработку меньшего размера по высоте, чем заходки от ската до кровли и обратно до почвы пласта на уровень вышележащего слоя, с возможностью движения комбайна после отработки вышележащего слоя по спиральной выработке для расширения ее размера по высоте до размера заходок, а спиральная выработка служит для гидротранспорта угля и проветривания забоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сформированные из желобов технологические выработки используют в качестве воздухопроводов для проветривания длинных заходок за счет общешахтной депрессии, а также для отвода воды от промывки закладочного трубопровода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработку слоев производят вначале первичными заходками, между которыми оставляют целики, которые отрабатывают вторичными заходками после закладки первичных заходок и отверждения закладочной смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке нижележащего слоя желоба в технологических выработках демонтируют и укладывают на почву заходок для гидротранспорта угля.

РИСУНКИ