способ разработки мощных крутонаклонных угольных пластов и щитовое перекрытие для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных крутонаклонных угольных пластов, включающий разделение пласта по мощности на два наклонных слоя, проведение углеспускных печей, отработку монтажных камер, монтаж щитового перекрытия и последующую одновременную отработку слоев столбами по падению под щитовыми перекрытиями с опережением слоя у висячего бока, отличающийся тем, что щитовое перекрытие монтируют по падению на почве слоя у висячего бока, призабойные пространства обоих слоев под щитовым перекрытием соединяют отработкой вертикального слоя по мере подвигания перекрытия в створе с углеспускной печью, проведенной у почвы пласта, осуществляют замер мощности слоя у лежачего бока, отработку слоев ведут механизированно, при этом оформляют почву слоя у висячего бока в соответствии с мощностью слоя у лежащего бока пласта.

2. Щитовое перекрытие для осуществления способа разработки мощных крутонаклонных угольных пластов, содержащее ограждение, выполненное из металлоконструкции с покрытием из деревянного бруса или накатника, основание с лыжами, верхний край которого связан с ограждением шарнирно, и гидродомкратами подачи, отличающееся тем, что нижний край основания жестко связан со вторым ограждением, в свою очередь, кинематически связанным с Г-образным перекрытием, ограждения ориентированы по нормали к основанию, на верхнем краю в сторону почвы, на нижнем в сторону кровли пласта, основание покрыто слоями деревянного бруса или накатника, в верхней части основания выполнены люки, а в покрытии основания вентиляционные каналы, связывающие люки с окнами в ограждении нижнего края.

3. Перекрытие по п. 2, отличающееся тем, что в нижней части основания равномерно по всей длине выполнены окна, в которых установлены грунтозацепы, а между основанием и ограждением нижнего края равномерно по всей длине установлены верхняки арочной крепи из спецпрофиля, связанные между собой растяжками и образующие камеру куполом вверх, камера покрыта деревянным брусом или накатником, при этом люки в верхней части основания связаны вентиляционными каналами с камерой.

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к горному делу, в частности, к способам выемки мощных крутонаклонных угольных пластов по щитовой системе разработки.

Для разработки пластов мощностью 8.10 м известен способ, включающий проведение углеспускных печей, отработку монтажной камеры, монтаж в ней сдвоенного бессекционного щитового перекрытия и последующую отработку выемочного блока столбами по падению, при которой столб отрабатывается без разделения на слои [1] Недостатками этого способа являются:

повышенная сложность управления щитовым перекрытием при разработке пластов, залегающих под углом 45.55 градусов;

низкая производительность очистного забоя, обусловленная отсутствием средств механизации ведения работ под щитом при буро-взрывной выемке;

высокие затраты ручного труда и повышенная опасность на рабочем месте.

Известна щитовая крепь для разработки мощных крутонаклонных пластов, содержащая эластичное перекрытие, связанное с основанием шарнирно и при помощи гидродомкратов, регулирующих угол наклона перекрытия относительно основания [2]

Недостатки такой крепи:

невозможность отрабатывать пласты мощностью более 4,5 м;

зависимость работоспособности крепи (в частности при передвижке) от состояния почвы пласта;

при зависании перекрытия отсутствуют возможности воздействия на него с целью осуществить передвижку.

Наиболее близким к заявляемому способу является техническое решение, выбранное в качестве прототипа, включающее проведение углеспускных печей, разделение пласта на наклонные слои, одновременную отработку слоев столбами по падению под щитовыми перекрытиями, при этом забой слоя у кровли пласта опережает забой слоя у почвы пласта [3]

Недостатками этого способа являются:

повышенный удельный объем проведения углеспускных печей;

повышенные затраты ручного труда, вызванное отсутствием возможности механизировать выемку;

сложность управления щитовым перекрытием при углах залегания пласта 45 55 градусов;

низкая производительность очистного забоя;

повышенные эксплуатационные потери угля из-за необходимости оставлять межслоевой целик.

Известная щитовая крепь, выбранная в качестве прототипа, содержит перекрытие, диагонально ориентированное относительно почвы и кровли пласта и покрытое сверху слоем деревянного бруса, основание, установленное на почву пласта и выполненное из двух частей, одна из которых шарнирно связана с перекрытием, а другая посредством гидродомкратов распора и передвижки [4]

Недостатки крепи:

зависимость передвижки крепи от состояния почвы пласта;

в передвижке крепи участвует только вес обрушенных пород за ним, так как при подтягивании перекрытия вслед за передвинутой уже частью основания распора крепи нет, и основание теряет контакт с почвой пласта;

сложность управления выемочной машиной и крепью во время из работы, так как обслуживающему персоналу не отведено места для наблюдения за работой механизмов и управления ими.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности добычи угля из мощных крутонаклонных пластов за счет механизации выемки и снижения удельного объема проведения выработок.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разработки мощных крутонаклонных угольных пластов, включающем разделение пласта по мощности на два наклонных слоя, проведение углеспускных печей, отработку монтажных камер, монтаж щитового перекрытия и последующую одновременную отработку слоев столбами по падению под щитовыми перекрытиями с опережением забоя в слое у висячего бока, щитовое перекрытие монтируют по падению на почве слоя у висячего бока, призабойные пространства обоих слоев под щитовым перекрытием в створе с углеспускной печью соединяют вертикальными слоем по мере подвигания перекрытия, осуществляют замер мощности слоя у лежачего бока, отработку слоев ведут механизированно и при этом оформляют почву слоя у висячего бока в соответствии с мощностью слоя у лежачего бока пласта. Поставленная цель достигается также тем, что в щитовом перекрытии, содержащем ограждение с покрытием низ деревянного бруса или накатника и основание, снабженное лыжами, верхний край которого связана с ограждением шарнирно и гидродомкратами, нижний край основания жестко связан с другим ограждением, в свою очередь, кинематически связанным с Г-образным перекрытием, ограждения ориентированы по нормали к основанию: на верхнем краю в сторону почвы, на нижнем в сторону кровли пласта, основание покрыто слоями деревянного бруса или накатника, в верхней части основания выполнены люки, а в покрытии - вентиляционные каналы, связывающие люки с окнами в ограждении нижнего края.

Именно заявляемое щитовое перекрытие обеспечивает осуществимость способа, позволяет использовать высокопроизводительные средства механизации выемки угля, за счет этого повысить нагрузку на очистной забой, снизить удельный объем и затраты на проведение углеспускных печей, т.е. повысить эффективность добычи угля. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые способ и щитовое перекрытие связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана схема подготовки выемочного блока; на фиг. 2 щитовое перекрытие (вид сбоку); на фиг. 3 щитовое перекрытие (вид в плане); на фиг. 4 щитовое перекрытие (разрез по А-А на фиг. 3); на фиг. 5 вариант щитового перекрытия с выработкой камерой (вид сбоку); на фиг. 6 вид по стрелке В на фиг. 4.

Заявляемый способ может быть осуществлен при помощи заявляемого щитового перекрытия следующим образом. В выемочном блоке, подготовленном по щитовой системе разработки, одним из известных способов отрабатывают наклонный монтажный слой у кровли пласта, на его почве по падению монтируют секционное щитовое перекрытие 1, которое делит пласт по мощности на два слоя, призабойное пространство 2 слоя у кровли пласта находится выше линии деления, а призабойное пространство 3 слоя у почвы пласта ниже линии деления. Призабойные пространства 2 и 3 наклонных слоев под щитовым перекрытием 1 соединяют выемкой вертикального слоя 4 в створе с углеспускной печью 5, проведенной у почвы пласта. Верхний край перекрытия 1 шарнирно, с возможностью поворота вокруг оси, параллельной простиранию пласта, связан с ограждением 6, снабженным на противоположном конце фартуками 7. Ограждение 6 связано с перекрытием 1 еще и гидродомкратами подачи 8. Нижний край перекрытия 1 жестко связан с ограждением 9 при помощи укосин 10. Ограждения 6 и 9 ориентированы по нормали к перекрытию 1, но ограждение 6 направлено в сторону почвы, а ограждение 9 в сторону кровли пласта. Укосина 10 кинематически связана с Г-образным перекрытием 11, перемещающимся вдоль ограждения 9 за счет гидродомкратов 12, связывающих Г-образное перекрытие 11 с щитовым перекрытием 1. К донной части крайней секции щитового перекрытия 1 над углеспускной печью 5 прикреплены направляющие 13 типа "ласточкин хвост", в которых установлен стреловидный исполнительный орган 14 избирательного действия, который гидродомкратами 15 может перемещаться в направляющих 13 по восстанию-падению пласта. В верхней части каждой секции щитового перекрытия 1 выполнен люк 16, связанный вентиляционным каналом 17 с призабойным пространством 2 и открывающий доступ в призабойное пространство 3. В нижней части каждой секции щитового перекрытия 1 выполнены окна 18, в которых шарнирно, с возможностью поворота вокруг оси параллельной простиранию пласта, установлены грунтозацепы 19, при помощи гидродомкратов 20 связанные с укосинами 10. В своей нижней части перекрытие 1 снабжено лыжами 21, являющимися также ограничителями хода перекрытия при передвижке. Сверху перекрытие покрывают слоями деревянного бруса или накатника, а выработанное пространство над ним заполняют обрушенными породами.

Возможен и такой вариант, когда над укосинами 10 возводят арочную крепь 22, образующую по простиранию выработку-камеру 23, в которой размещают насосную станцию 24, аппаратуру управления щитовым перекрытием, уложены трапы для прохода людей. В этом случае вентиляционные каналы 17 соединяют люки 16 с выработкой-камерой 23, в которой есть окна 25, открывающие доступ в призабойное пространство 2 слоя у кровли пласта.

Для выемки угля могут быть использованы различные средства механизации, например, два конвейероструга, один из которых подвешивается к донной части верхнего края перекрытия 1 и служит для выемки угля в слое у почвы пласта, другой устанавливается на ограждения 9 и нижнем краю перекрытия 1 и служит для выемки угля в слое у кровли пласта.

Работа по реализации способа заключается в следующем. Сначала включают в работу стреловидный орган: гидродомкратами 15 подают его к забою, вынимают часть вертикального слоя, соединяя под перекрытием призабойное пространства 2 и 3, на величину подачи, тем самым подготавливают перепуск отбитого угля из слоя у кровли пласта в углеспускную печь 5. После отработки вертикального слоя на величину подачи исполнительного органа последний останавливают и гидродомкратами 15 возвращают в исходное положение. Затем осуществляют замер мощности слоя от почвы пласта до перекрытия по нормали к последнему в створе с углеспускной печью. В соответствии с результатами замера мощности слоя у почвы пласта задают уровень оформления почвы слоя у кровли пласта, т.е. устанавливают конвейеростругу в призабойном пространстве 2 ниже или выше уровня лыж 21 на величину разницы между первоначальной мощностью слоя у почвы пласта и величиной замера. Включают оба конвейероструга в работу: осуществляют зарубку конвейростругов у почвы и последующее их движение вверх к кровле. При этом конвейероструг в слое у кровли пласта оформляет почву слоя на заданном уровне для последующей передвижки щитового перекрытия. После выемки в слоях на величину подачи конвейеростругов последние останавливают, сокращая их вылет на величину подачи. Гидродомкратами поднимают грунтозацепы 19, снимают распор с Г-образного перекрытия 11. При потере контакта Г-образного перекрытия с кровлей пласта щитовое перекрытие 1 начнет сползать по падению под действием веса обрушенных пород над ним по почве слоя у кровли пласта. Если этого не произошло, включают гидродомкраты подачи 8. Действие гидродомкратов 8 провоцирует щитовое перекрытие 1 к движению по падению. В конце хода перекрытие 1 лыжами 21 упирается в забой слоя у кровли пласта и останавливается. Включают гидродомкраты 12 распора Г-образного перекрытия 11 и 20 грунтозацепов 19; Г-образное перекрытие 11 распирается в кровлю пласта, а грунтозацепы 19 утапливаются в почву слоя, не позволяя перекрытию 1 сползать по падению пласта даже при потере контакта Г-образного перекрытия с кровлей пласта. Далее цикл работ по выемке повторяется в том же порядке.

Таким образом, опережающая отработка вертикального слоя в створе с углеспускной печью по мере подвигания очистных забоев наклонных слоев позволяет отрабатывать мощный крутонаклонный пласт по щитовой системе разработки всего с одной углеспускной печью, а опережающий замер мощности слоя у почвы пласта позволяет своевременно определить изменение угла падения пласта, чтобы оформлением почвы слоя у кровли пласта обеспечить заданную мощность слоя у его почвы, т.е. провести щит в условиях плавно меняющейся гипсометрии пласта.

Заявляемые способ и щитовое перекрытие позволяют повысить нагрузку на очистной забой за счет применения высокопроизводительных средств механизации, а также достичь социальный эффект, заключающийся в том, что обслуживающий персонал во время работы оборудования находится в специальной выработке-камере, т.е. в более комфортных и безопасных условиях, чем призабойное пространство.