способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых, включающий отбойку и транспортировку полезного ископаемого шнековым исполнительным органом по длине лавы, отличающийся тем, что отбойку полезного ископаемого в длинном очистном забое осуществляют диагональной заходкой от одного конца лавы к другому, а транспортировку рассредоточенными порциями от верхней части лавы к нижней по управляемому с поворотом исполнительного органа спиральному транспортному каналу.

2. Устройство для выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых, включающее исполнительный орган в виде вала с винтовой навивкой из отдельных незамкнутых винтовых лопастей, оснащенных режущим инструментом, и оградительный щит, отличающееся тем, что незамкнутые винтовые лопасти установлены с взаимным последовательным угловым смещением, образующим относительно оси исполнительного органа спиральный транспортный канал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии и оборудованию для подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, преимущественно угля. Непосредственный объект изобретения способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых и устройство для его осуществления.

Известен способ выемки пластов полезных ископаемых, включающий отбойку и транспортировку ископаемого шнековым исполнительным органом на всю длину лавы.

Устройством для реализации способа является шнек, включающий вал с винтовой навивкой, оснащенный режущим инструментом [1] и [2]

Недостатками известных способа и устройства является то, что потенциально высокая производительность шнекового исполнительного органа по отбойке ископаемого по всей длине лавы вступает в противоречие с его низкой производительностью по транспорту отбитого ископаемого путем последовательного перемещения всей массы угля от лопасти к лопасти по всей длине лавы, что приводит к заштыбовке исполнительного органа и выходу его из строя. Работоспособность шнекового исполнительного органа с таким построением возможна лишь при увеличении частоты вращения исполнительного органа с одновременным многократным снижением толщины среза вынимаемой стружки ископаемого, что снижает качество сырья и повышает пылеобразование и энергоемкость выемки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых, включающий отбойку полезного ископаемого отдельными участками шнековым исполнительным органом одновременно по всей длине лавы.

Устройством для реализации данного способа является шнек, включающий вал с винтовой навивкой, оснащенный режущим инструментом, при которых винтовая навивка образована из отдельных незамкнутых лопастей, установленных группами, при этом каждая из групп расположена с угловым смещением одна относительно другой [3]

Данный способ и устройство повышают эффективность выемки и транспортирования полезного ископаемого благодаря возможности расштыбовки шнекового исполнительного органа, но противоречия между потенциально высокой производительностью отбойки ископаемого и ограниченной производительностью его транспортирования остаются.

Предлагаемые способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых и устройство для его осуществления наибольшим образом промышленно применимы, так как они лишены указанных недостатков и обеспечивают независимость процессов отбойки и транспортирования ископаемого по длине лавы.

Промышленная применимость предложенного способа выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых реализована совокупностью операций, при которых отбойку полезного ископаемого в длинном очистном забое осуществляют перемещающийся от одного конца лавы к другому диагональной заходкой, а транспортировку ископаемого распределенными участками от верхней части лавы к нижней по управляемому с поворотом исполнительного органа спиральному транспортному каналу.

Промышленная применяемость предложенного устройства реализована совокупностью признаков, представляющих собой вал с винтовой навивкой, оснащенной режущим инструментом, при которых винтовая навивка образована из отдельных незамкнутых винтовых лопастей, установленных с взаимным последовательным угловым смещением, образующих относительно оси исполнительного органа спиральной транспортный канал.

На фиг.1 изображено устройство агрегата для осуществления способа, общий вид сбоку; на фиг.2 и фиг.3 рабочие элементы исполнительного органа; на фиг. 4 схема взаимодействия исполнительного органа с забоем пласта (то же с почвой пласта); на фиг.5 фазы положения исполнительного органа, эквивалентные схеме его взаимодействия с забоем пласта, по фиг.4; на фиг.6 - схема нормального сечения спирального транспортного канала; на фиг.7 схема выемки пласта в длинном очистном забое по предложенному способу, вид в плане; на фиг.8 технологическая схема выемки наклонных и крутых пластов, вид на забой со стороны исполнительного органа.

Способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых включает отбойку и транспортировку шнековым исполнительным органом по длине лавы, при этом отбойку полезного ископаемого в длинном очистном забое осуществляют перемещающейся от одного конца лавы к другой диагональной заходкой, а транспортировку ископаемого распределенными порциями от верхней части лавы к нижней по управляемому с поворотом исполнительного органа спиральному транспортному каналу.

Устройство для осуществления данного способа в составе очистного агрегата состоит из исполнительного органа 1 и оградительного щита 2.

Исполнительный орган включает вал 3 с винтовой навивкой 4, оснащенной режущим инструментом 5 и образованной из отдельных незамкнутых винтовых лопастей 6, установленных с взаимным последовательным угловым смещением и т.д. образующих относительно оси 3 исполнительного органа 1 спиральный транспортный канал 7. Каждая винтовая навивка, образующая незамкнутую лопасть шнекового исполнительного органа 1 имеет начальную 8 и конечную 9 радиальную поверхности, граничащие со спиральным транспортным каналом 7.

При взаимодействии исполнительного органа 1 с массивом пласта полезного ископаемого 10 (то же с почвой пласта) незамкнутые винтовые навивки, образуют в поперечном сечении исполнительного органа 1 с его поворотом спиральный транспортный канал 7, а в продольном сечении полости 11, заполненные отбитым ископаемым в зонах 12 винтовыми лопастями 6. С поворотом исполнительного органа 1 полости 11, заполненные отбитым ископаемым, перемещаются от верхней части лавы к нижней, обеспечивая управляемую транспортировку ископаемого распределенными порциями, эквивалентными в сечении соответствующими транспортному каналу 7, а по длине полостям 11 в условиях наклонных и крутых пластов полезных ископаемых _под фиг. 8.

Параметры транспортного канала 7 зависят от диаметра исполнительного органа 1 его осевой ступицы 3, угла раскрытия незамкнутых винтовых лопастей, образованных радиальными поверхностями 8 и 9 и дополнительного сечения 13 в области нижней части оградительного щита 2. Параметры и количество по длине исполнительного органа полостей 11 зависят от шага винтовой навивки незамкнутых лопастей 6, который определяется их взаимным последовательным угловым смещением ₁,₂ и т.д.

Радиальные поверхности 8 и 9 незамкнутых лопастей шнекового исполнительного органа 1 имеют внешние изгибы (на фиг. не показано) для обеспечения минимального зазора в плане между сопряженными незамкнутыми рабочими элементами, что повышает эффективность отбойки и выгрузки ископаемого из забоя пласта.

Исполнительный орган 1 и оградительный щит 2 оснащены рычагами 14 с опорными кронштейнами 15 и гидродомкратами 16 регулирования по мощности и гипсометрии пласта.

Механизированная крепь в составе очистного агрегата для реализации нового способа выемки пластов полезных ископаемых включает перекрытие 17, основание 18, гидростойки 19 домкраты передвижки 20, размещенные в направляющих балках 21, связанных с базой агрегата 22 и соединенные через посредство кронштейнов 23 с основаниями секций 18. Секция крепи оснащена защитным ограждением 24 с рычагами 25 26. Перекрытие 17 снабжено выдвижной призабойной консолью 27. В исходном положении основной проход для обслуживающего персонала размещен между исполнительным органом выемочной машины, оградительным щитом с рычагами и кронштейнами и первым рядом стоек в секции 28. Исполнительный орган 1 выемочной машины выполнен секционным изгибающимся. Приводы исполнительного органа располагаются на концах лавы.

Способ выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых и устройство для его осуществления функционируют следующим образом.

Отбойку полезного ископаемого в длинном очистном забое осуществляют перемещающейся 29 от одного конца лавы к другой (например, от вентиляционного штрека к конвейерному) диагональной заходкой 30, параметры которой определяются глубиной заходки l и ее длиной L_фл Отбойка полезного ископаемого осуществляется при вращающемся исполнительном органе. Перемещение заходки 29 по длине лавы осуществляется путем последовательной выдвижки 31 к забою пласта исполнительного органа 1 посредством гидродомкратов 20 секций механизированной крепи до полного снятия ленты угля по всей длине очистного забоя. Одновременно с выемкой пласта полезного ископаемого исполнительным ораном выемочной машины, осуществляется синхронная выдвижка призабойных консолей 27 и скалывание верхней пачки пласта. В условия: крепких углей верхней пачки пласта может осуществляться исполнительным органом 1 путем его поднятия к кровле пласта.

Транспортировку отбитого полезного ископаемого осуществляют распределенными порциями в полостях 11 от верхней части лавы к нижней по управляемому с поворотом исполнительного органа 1 спиральному транспортному каналу 7.

Отбойку полезного ископаемого в коротком очистном забое (например, 10 - 20 м) осуществляют одновременно по всей длине лавы, а транспортировку ископаемого также распределенными порциями 11 по управляемому спиральному транспортному каналу 7. Транспортируемое из забоя полезное ископаемое грузится на конвейер 32, размещенный в штреке 33.

Для повышения безопасности линию очистного забоя располагают диагонально под углом g по отношению к прилегающим выработкам с опережением верхней части лавы. В каждом цикле выемки перемещающаяся диагональная заходка 30 имеет начальную 34 и конечную 35 фазы.

Предложенные способ и устройство обеспечивают повышение эффективности выемки наклонных и крутых пластов полезных ископаемых.

Разделение процессов выемки и транспортирования полезного ископаемого шнековым исполнительным органом нового типа, реализуемые предложенным способом, обеспечивают возможность практически неограниченного повышения производительности в условиях наклонных и крутых пластов полезных ископаемых.

Транспортирование отбитого полезного ископаемого распределенными порциями от верхней части лавы к нижней по управляемому с поворотом исполнительного органа спиральному транспортному каналу впервые решает проблему безопасности от стремительно скатывающихся с ускорением по длине лавы кусков угля и породы в условиях крутых пластов угля.

Разделение процессов выемки и транспортирования полезного ископаемого обеспечивает возможность снижения частоты вращения исполнительного органа в 10 раз по сравнению с традиционной технологией, что позволяет:

обеспечить постоянную толщину среза стружки при отбойке ископаемого 4 - 6 см, что дает выход добытого ископаемого крупных сортов;

обеспечить высокую поточность и двунаправленную схему ведения очистных работ в условиях наклонных и крутых пластов;

низкая частота вращения исполнительного органа выемочной машины очистного агрегата (менее 10 оборотов в минуту) с "холодным" резанием и управляемый транспорт ископаемого по длине очистного забоя в условиях крутых пластов впервые решают проблему борьбы с пылью, шумом и вибрацией в очистном забое.

Диагональное с опережением верхней части формирование очистного забоя обеспечивает устойчивость от обрушения забоя пласта и призабойной кровли и безопасность обслуживающего персонала и др.