Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к механизированной разработке крутопадающих угольных пластов средней мощности длинными столбами по простиранию, вынимаемых полосами по падению, т.е. по щитовой системе разработки, содержащих угли, склонные к самовозгоранию.

Известен способ разработки крутых угольных пластов, включающий подготовку выемочного поля проведением полевых и пластовых выработок, в частности полевых транспортного и вентиляционного штреков, транспортных и вентиляционных квершлагов, пластовых транспортных, промежуточных и вентиляционных штреков, оконтуривающих выемочные столбы, сбиваемых скатами [Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых / Под общ. ред. А.С. Бурчакова, 3-е изд. перераб. и доп. М.: Недра. - 1983. - с.273-274, рис.4.19, в (аналог)].

Недостатками данного способа разработки крутых пластов являются:

- низкая эффективность разработки из-за отсутствия работоспособных средств механизации очистных работ на крутых пластах;

- повышенная пожароопасность при разработке самовозгорающихся углей, так как требует достаточно большого объема пластовых выработок проводимых до начала очистных работ.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ разработки крутых пластов по щитовой системе разработки, включающий вскрытие пласта проведением квершлагов, подготовку выемочного поля проведением транспортного и вентиляционного штреков, деление выемочного поля по простиранию пласта на щитовые столбы (полосы) проведением ходовых печей, проведение монтажной камеры путем расширения вентиляционного штрека, монтаж в ней щита, бурение углеспускных скважин, выемку угля под щитом и самотечный транспорт отбитого угля по углеспускным скважинам до транспортного штрека [Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых / Под общ. ред. А.С. Бурчакова, 3-е изд. перераб. и доп. М.: Недра. - 1983. - с.280-282, рис.4.19 (прототип)]. Недостатками прототипа являются:

- высокая доля ручного труда при выполнении технологических операций под щитом (бурение шпуров, оборка забоя и т.д.);

- повышенная опасность самовозгорания угля, связанная с тем, что большой объем проводимых пластовых выработок, с одной стороны, требует длительного времени на подготовку столба, с другой - многократно увеличивает площадь контакта угольного массива с воздухом еще до начала очистных работ, и то и другое повышает вероятность самовозгорания угля;

- повышенная аварийность, обусловленная тем, что с увеличением горного давления, связанного с погружением очистных работ, резко снижается устойчивость углеспускных скважин.

Перечисленные недостатки снижают эффективность и безопасность разработки крутых пластов с углями, склонными к самовозгоранию.

Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности разработки пластов углей, склонных к самовозгоранию, за счет снижения объема подготовительных выработок, проводимых до начала выемки угля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки крутых угольных пластов, включающем вскрытие пласта проведением транспортного и вентиляционного квершлагов, подготовку выемочного поля проведением транспортного и вентиляционного штреков, деление выемочного поля по простиранию пласта на ограниченные по ширине выемочные полосы проведением двух наклонных выработок, проведение монтажной камеры на уровне вентиляционного штрека, монтаж в ней секционного щитового перекрытия, проведение углеспускных скважин, выемку угля под щитовым перекрытием и самотечный транспорт отбитого угля по углеспускным скважинам до транспортного штрека, согласно техническому решению, транспортный и вентиляционный штреки проводят по породе почвы пласта, до начала выемки угля проводят первую наклонную выработку, ограничивая ею выемочную полосу с одной стороны, с другой стороны выемочную полосу ограничивают количеством секций щитового перекрытия, выемку (отбойку) угля под щитовым перекрытием осуществляют механизированно в слоях, которым придают наклон в сторону первой наклонной выработки, и организуют самотечный транспорт отбитого угля по желобам вдоль очистного забоя, по мере отработки наклонных слоев с другой стороны выемочной полосы в выработанном пространстве возводят вторую наклонную выработку, организуя тем самым запасной выход из очистного забоя и его проветривание, по мере приближения очистного забоя к нижней границе выемочной полосы осуществляют проведение транспортного штрека в направлении от второй наклонной выработки до первой, с этого штрека бурят скважины в створе с каждой секцией щитового перекрытия, по которым осуществляют самотечный транспорт отбитого под щитовым перекрытием угля.

Сущность изобретения поясняется схемами: на фиг.1 показана схема вскрытия и подготовки выемочного столба и полосы (вид вкрест простирания пласта); на фиг.2 - подготовки выемочной полосы (вид в плоскости пласта); на фиг.3 - расстановки оборудования на сопряжении слоя с наклонной выработкой; на фиг.4 - то же (сечение вкрест простирания пласта); на фиг.5 - промежуточного положения: возведения второй наклонной выработки и начала проведения штрека по нижней границе выемочной полосы; на фиг.6 - нарезки углеспускных скважин; на фиг.7 - выравнивания линии очистного забоя; на фиг.8 - начала демонтажа секций щитового раздвижного перекрытия.

Крутой угольный пласт, содержащий уголь склонный к самовозгоранию, подготавливают проведением в породах почвы полевых транспортного 1 и вентиляционного 2 штреков. С транспортного штрека 1 и вентиляционного штрека 2 квершлагами 3, 4 и 5, 6 (соответственно) вскрывают угольный пласт. Между квершлагами 4 и 6 проводят монтажную камеру 7. На сопряжении квершлага 3 с угольным пластом сооружают камеру 8, из которой по восстанию пласта проводят первую наклонную пластовую выработку 9 до монтажной камеры 7. В первой наклонной выработке 9 сооружают ходовое и углеспускное отделения; в ходовом отделении устанавливают лестницы для передвижения людей. На сопряжении монтажной камеры 7 с выработкой 9 разделывают камеру 10, в которой монтируют крепь сопряжения 11.

В монтажной камере 7, начиная от крепи сопряжения 11 прорезают опережающую канаву 12, оставляя опорные целики 13 и 14. На опорных целиках 13 и 14 монтируют секции щитового раздвижного перекрытия 15 [Щитовое раздвижное перекрытие / Патент РФ №2134790, опубл. 20.08.1999, бюл. №23], каждая из которых снабжена стреловидным телескопическим режущим органом 16. Количеством смонтированных секций щитового раздвижного перекрытия ограничивают ширину выемочной полосы. При установке последней секции щитового перекрытия оставляют место для камеры 17 и установки в ней крепи сопряжения 18, аналогичной крепи 11.

Во внутреннем пространстве крепи сопряжения 11 укладывают комплект секций желобов 19. На верхней (передовой) секции желобов закрепляют привод 20 режущего органа 21, выполненного в виде горизонтально ориентированного барабана с резцами и установленного на телескопической стреле 22.

Отбойку угля в опережающей (передовой) канаве 12 осуществляют режущим органом 21. Захватами 23 гидравлического толкателя 24, установленного под углом к горизонту, при включенном приводе режущего органа подают на забой верхнюю секцию желоба 19. Отбитый уголь, приподнятый вращением режущего органа 21, попадает в желоб 19 и далее самотеком транспортируется к первой наклонной выработке 9, в ее углеспускное отделение. По мере подвигания желоба на величину хода толкателя 24 осуществляют освобождение бортов желоба от захватов 23, возвращение толкателя в исходное положение, повторное закрепление захватов 23 на бортах желоба 19 и повторение цикла подачи режущего органа на забой.

После подвигания забоя на длину секции желоба к первой секции пристыковывают следующую секцию желоба, соединяя их быстроразъемным соединением, и продолжают работы по выемке угля в наклонном слое.

По окончании выемки слоя режущий орган выходит в монтажную камеру (при выемке первых слоев) или в камеру 17; его привод выключают, а толкателем 24 возвращают режущий орган в камеру 10 путем сокращения става желобов 19 и складирования секций во внутреннем пространстве крепи сопряжения 11.

Во время выполнения работ по сокращению става желобов 19 в пространство под щитовым раздвижным перекрытием заходят горнорабочие очистного забоя и приступают к подрубке опорных целиков 13 у кровли и 14 у почвы пласта и управлению щитовым раздвижным перекрытием. Для этого используют стреловидный режущий орган 16, подвешенный к днищу каждой секции щитового перекрытия 15. Сначала подрубают опорный целик с одной стороны секции на величину не более мощности слоя и опускают эту сторону секции; затем другую и т.д. Отбитый уголь целиков самотеком поступает в опережающую канаву.

Перед началом выемки следующего слоя желоб с приводом режущего органа опускают ниже уровня отработанного слоя на мощность вынимаемого слоя и далее повторяют цикл операций в слое.

По мере выемки слоев камеру 10 углубляют, придавая ее почве уклон в сторону первой наклонной выработки 9 более угла естественного откоса дробленого угля для обеспечения самотечного транспорта. Для углубки камеры 10 используют стреловидный телескопический режущий орган 25, подвешенный к нижней части крепи 11.

Камеру 17 по мере выемки слоев также углубляют, но только в части подрубки целиков 13 и 14 под крепью 18; для этого используют стреловидный режущий орган 26, подвешенный к нижней части крепи 18. По мере углубления камеры 17 в ее части, примыкающей к угольному массиву, возводят крепь второй наклонной выработки 27, предназначенной для проветривания очистного забоя после его отхода от монтажной камеры 7, а также для обеспечения запасного выхода из очистного забоя; в ней устанавливают лестницы.

По мере подхода очистного забоя к нижней границе выемочной полосы, заблаговременно, до выхода крепи 11 в камеру 8, из квершлага 5 проводят штрек 28 до сопряжения с квершлагом 3. Из штрека 28 по восстанию пласта бурят короткие углеспускные скважины 29 в створе с каждой секцией щитового раздвижного перекрытия 15.

При сбойке камеры 10 с камерой 8 выемку угля режущим органом 21 с транспортом отбитого угля самотеком по желобам прекращают. Оставшуюся часть угольного массива выемочной полосы разрушают стреловидными режущими органами 16, установленными снизу каждой секции щитового перекрытия, а транспорт отбитого угля осуществляют по углеспускным скважинам 29 на транспортный штрек 28. При этом линию очистного забоя при его подходе к штреку 28 ориентируют горизонтально, т.е. ликвидируют наклон очистного забоя в сторону первой наклонной выработки 9.

Поскольку все секции щитового перекрытия движутся по линии падения пласта вперед стреловидными режущими органами, то при подходе перекрытия к штреку 28 они (стреловидные органы) станут видны в углеспускных скважинах 29. В этот момент очистные работы прекращают и приступают к демонтажу оборудования.

Сначала удаляют часть верхней затяжки крепи штрека 28, расширяют скважины 29 и демонтируют стреловидные режущие органы секций перекрытия. Затем разрушают гибкие связи между секциями перекрытия и, начиная примерно от средины выемочной полосы, выводят по одной секции перекрытия на штрек 28, по которому транспортируют их по квершлагам 3 или 5 на полевой штрек 1. В последнюю очередь демонтируют крепи 11 и 18, установленные в камерах 10 и 17.

При добыче углей, склонных к самовозгоранию, после вскрытия пласта вскрывающими выработками необходимо в течение инкубационного периода осуществить подготовку выемочной полосы, добычу угля и демонтаж оборудования, после чего возвести изолирующие перемычки. Предложенный способ предусматривает, во-первых, снижение объема проведения до начала очистных работ пластовых подготавливающих выработок, что позволяет сократить время на подготовку выемочной полосы, во-вторых, механизацию ведения очистных работ, снижающую время на отработку выемочной полосы. В совокупности данный способ позволяет эффективно и безопасно разрабатывать крутые пласты с углями, склонными к самовозгоранию, а это и есть цель изобретения.