Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПЕРЕМЕННОЙ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к горному делу, в частности к выемке угля из пологих пластов средней мощности и мощных средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи. Оно также связано с добычей сырья для извлечения ценных химических элементов, залегающих в повышенных концентрациях в породах кровли, в частности в той части пород кровли, которая составляет пережим угольного пласта - уменьшение мощности.

Многолетними исследованиями вещественного состава каменных углей установлено, что наибольший интерес в плане добычи сырья для извлечения ценных химических элементов вызывают нарушенные пласты, так как именно в зонах горно-геологических нарушений чаще всего и концентрируются привнесенные химические элементы. При этом они могут залегать как в угольном пласте, так и во вмещающих угольный пласт породах [1].

Технология селективной выемки сырья для извлечения ценных химических элементов разрабатывается в каждом конкретном случае индивидуально. Данное техническое решение связано с добычей сырья для извлечения ценных химических элементов, залегающих в повышенных концентрациях в породах кровли, в частности, в той части пород кровли, которая составляет пережим угольного пласта, - уменьшение мощности.

Известен способ селективной выемки угольного пласта, включающий выемку угля и пород прослоя очистным комбайном, разделение потоков отбитого угля и пород прослоя в очистном забое и раздельный транспорт этих потоков до поверхности [2]. Недостатками этого способа являются достаточно узкая область применения, ограниченная пластами с выдержанной мощностью, и невозможность вынимать прослой с промышленным содержанием ценных химических элементов, залегающий выше максимальной высоты секции крепи, т.е. в массиве пород кровли пласта.

Наиболее близким аналогом по организации нескольких потоков горной массы и транспортировании их одним транспортным средством, принятым в качестве прототипа, является способ выемки угля пологого пласта, включающий отбойку и погрузку отбитого угля на забойный конвейер очистным комбайном (один поток горной массы), разрушение массива подкровельной толщи динамическим воздействием со стороны секции крепи скалывателем и выпуск угля подкровельной толщи на забойный конвейер (второй поток горной массы), а также разделение потоков горной массы за счет организации временной паузы при их погрузке в транспортное средство - забойный конвейер, так как выпуск угля подкровельной толщи не совпадает во времени с работой по выемке угля очистным комбайном [3].

Недостатками прототипа являются:

- невозможность организовать управляемый поток горной массы из прослоя, содержащего ценные химические элементы, залегающего в достаточно крепких породах кровли и прилегающего непосредственно к угольному пласту;

- слабая информативность ведения очистных работ, не позволяющая своевременно определить ценность вещественного состава пород кровли для организации соответствующего ведения очистных работ.

Поскольку повышенная концентрация ценных химических элементов многократно повышает ценность сырья для их извлечения по сравнению с рядовым углем, то этот недостаток снижает эффективность селективной выемки угля из пологого пласта; а отсутствие информации о концентрации ценных химических элементов ниже промышленной для извлечения также ведет к неэффективному использованию очистного оборудования.

Цель изобретения - повышение эффективности селективной выемки угля полого пласта переменной мощности за счет повышения информативности ведения очистных работ и адресного ослабления горных пород прослоя с промышленными содержаниями ценных химических элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе селективной выемки угольного пласта переменной мощности, включающем подготовку выемочного столба проведением конвейерного и вентиляционного штреков, отбойку и погрузку отбитого угля на забойный конвейер очистным комбайном, разрушение массива подкровельной толщи динамическим воздействием со стороны секции крепи скалывателем и выпуск угля подкровельной толщи на забойный конвейер, разделение потоков горной массы за счет организации временной паузы при их погрузке в транспортное средство - забойный конвейер, в соответствии с техническим решением, при подготовке выемочного столба бурением скважин в массив над выработкой осуществляют контроль мощности и уточнение запасов угля и сырья, содержащего ценные элементы, выявляют геологические нарушения-пережимы и их пространственную ориентацию в пределах выемочного столба, при подходе к зоне пережима в потолочину бурят ряд наклонных шпуров, собирают буровую мелочь и направляют на анализ, и, в случае целесообразности выемки пород прослоя пережима, при входе в зону пережима прекращают работу по отбойке и погрузке угля, а после очистки забойного конвейера скалывателем динамически воздействуют на породы прослоя пережима, осуществляют их отбойку, выпуск и погрузку на забойный конвейер, после погрузки пород прослоя пережима операции по отбойке и погрузке угля повторяются.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана схема подготовки выемочного столба; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вход секции крепи в зону пережима мощности пласта, бурение первого ряда ослабляющих шпуров в прослой пережима; на фиг. 4 - начальная стадия работ по выемке пород прослоя пережима; на фиг. 5 - порционное разрушение пород прослоя; на фиг. 6 - окончание работ по выемке прослоя; на фиг. 7 - выход секции крепи из зоны пережима.

Способ селективной выемки угольного пласта переменной мощности, содержащего прослои с промышленными содержаниями ценных химических элементов, осуществляют следующим образом.

Проведением конвейерного 1 и вентиляционного штрека 2 подготавливают выемочный столб, который у дальней границы ограничивают проведением монтажной камеры 3. При проведении штреков контролируют мощность пласта на предмет выявления геологических нарушений, таких, например, как пережим - уменьшение мощности пласта. Контроль осуществляют бурением вертикальных скважин 4 в массив пласта над выработкой, включая прилегающий к пласту прослой пород кровли, в котором по результатам доразведки месторождения в пределах горного отвода выявлено повышенное содержание ценных химических элементов (эксплуатационная разведка). Отсутствие пережимов свидетельствует о возможности использования секций крепи с минимальной высотой не менее высоты проводимого штрека, а сопоставление выявленных пережимов над конвейерным и вентиляционным штреками определяет пространственную ориентацию нарушений в выемочном столбе. Кроме того, по результатам эксплуатационной разведки уточняются запасы не только угля в выемочном столбе, но и потенциального сырья, содержащего ценные химические элементы, а следовательно, и мощность прослоя.

В монтажной камере монтируют секции механизированной крепи 5, забойный конвейер 6 и очистной комбайн 7, в конвейерном штреке - перегружатель 8 и ленточный конвейер 9. При этом секции крепи, раздвигают на высоту не более мощности пласта в зоне пережима, выявленного при ведении эксплуатационной разведки.

Секция крепи 5 - поддерживающе-оградительного типа, в завальном ограждении имеет выпускное окно 10 с заслоном 11 и желоб 12, обеспечивающие возможность работы крепи без выпуска угля подкровельной толщи (заслон закрыт) и с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер (заслон открыт). Во внутреннем пространстве заслона 11 размещен скалыватель 13, посредством которого возможно осуществление динамического воздействия на массив подкровельной толщи или пород кровли пласта [3].

Работа по селективной выемке угля предусматривает разделение потоков горной массы, в частности угля и пород с содержанием ценных химических элементов, и осуществляется следующим образом. Очистным комбайном 7 осуществляют отбойку угля от массива на мощность пласта, равную высоте монтажной камеры, и погрузку отбитого угля на забойный конвейер 6. Уголь подкровельной толщи динамическим воздействием скалывателя 13 при открытом заслоне 11 разрушают на транспортабельные куски и через выпускное окно 10 по желобу 12 выпускают также на забойный конвейер 6. Забойный конвейер 6 доставляет отбитый уголь к конвейерному штреку 1, где посредством перегружателя 8 перегружает его на ленточный конвейер 9. Далее отбитый уголь по транспортной цепочке шахты транспортируется на поверхность.

При подходе секций крепи к пережиму мощности пласта (об этом будет свидетельствовать положение очистного забоя относительно выявленного эксплуатационной разведкой пережима на плане горных работ) из рабочего пространства очистного забоя в потолочину через отверстия в перекрытии секции крепи бурят ряд наклонных шпуров 14. При этом угол наклона принимают примерно равным углу наклона заслона при открытом выпускном окне. Буровую мелочь, образующуюся от бурения шпуров, собирают и направляют на экспресс-анализ вещественного состава. В зависимости от крепости пород прослоя, в следующем цикле передвижки крепи также бурят один, два или три ряда аналогичных шпуров, теперь уже без сбора буровой мелочи.

Так продолжается до тех пор, пока секция крепи не войдет в пережим; об этом будет свидетельствовать совпадение воображаемой линии, являющейся продолжением продольной оси скалывателя 13, с осью наклонного шпура 14. С этого момента прекращают работу комбайна по выемке и погрузке отбитого угля, выдерживают временную паузу, в течение которой забойный конвейер освободится от транспортируемого угля. После очистки забойного конвейера от транспортируемой горной массы скалывателем 13 динамически воздействуют на прослой по линии первого ряда наклонных шпуров, отбивая тем самым порцию породы прослоя. Отбитая порция породы прослоя под действием гравитации падает в выпускное окно секции крепи и следует далее по желобу на забойный конвейер, который доставляет ее к конвейерному штреку 1, где перегружатель 8 грузит ее в вагонетки 15 (то есть производят разделение потоков горной массы). Затем - то же самое со второй порцией, возможно, и с третьей.

После передвижки секций крепи на шаг опять выдерживают временную паузу для освобождения конвейера от пород прослоя и затем включают в работу по выемке угля очистной комбайн с погрузкой на забойный конвейер отбитого угля, при этом продолжают бурение наклонных шпуров в прослой пережима, и т.д.

На выходе секции крепи из зоны пережима мощности пласта (о чем будет свидетельствовать наличие угля в буровой мелочи в количестве сопоставимом с количеством мелочи пород прослоя) бурение наклонных шпуров прекращают. Далее очистные работы ведут с выпуском угля подкровельной толщи без бурения наклонных шпуров до подхода к следующему пережиму, где сначала бурением первого ряда наклонных шпуров со сбором буровой мелочи, а значит, и анализом вещественного состава, определяют целесообразность выемки пород пережима. При положительном результате анализа производят бурение второго ряда шпуров и т.д., как описано выше; при отрицательном - осуществляют только комбайновую выемку угля, а при необходимости - выпуск угля подкровельной толщи

Таким образом, за счет бурения наклонных шпуров в породу прослоя, содержащего ценные химические элементы, сбора и анализа буровой мелочи повысится не только информативность ведения очистных работ, но и достигается ослабление более крепких, чем уголь, горных пород, способствующее их порционному разрушению на транспортабельные куски. В свою очередь, повышение информативности позволяет рационально использовать технику и трудовые ресурсы, например, по результатам экспресс-анализа не производят бурение наклонных шпуров в прослой, в котором нет ценных химических элементов в промышленных концентрациях. Все это повышает эффективность селективной выемки угольного пласта переменной мощности, а это и есть цель изобретения.

Источники информации

1. Нифантов Б.Ф. Геохимическое и геотехнологическое обоснование новых направлений освоения угольных месторождений Кузбасса / Б.Ф. Нифантов, В.Б. Артемьев, С.В. Ясюченя, Б.А. Анферов, Л.В. Кузнецова. – М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2014. - 536 с.

2. Пат. 2436954 на изобретение Российской Федерации, МПК Е21С 41/18, Е21С 27/22; Способ селективной выемки угольного пласта и комбайн для его осуществления; 2009142177, заявл. 16.11.2009, патентообладатель ИУУ СО РАН, опубл. 27.05.2011, бюл. №15 (аналог).

3. Пат. 155577 на полезную модель Российской Федерации, МПК E21D 23/00; 2015117301, заявл. 06.05.2015, опубл. 10.10.2015, бюл. №28 (прототип).