система разработки пологих угольных пластов

Формула изобретения

Система разработки пологих угольных пластов, включающая выемку угля очистным забоем, формирование механизированных целиков и поддержание ими кровли пласта, их последующую передвижку, отличающаяся тем, что очистной забой перемещают перпендикулярно фронтальной линии ряда механизированных целиков, при этом длину забоя, длину механизированных целиков и шаг их передвижки принимают равными шагу посадки основной кровли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и касается способов разработки пологих угольных пластов, обеспечивающих безопасное ведение горных работ.

Известна система разработки пологих угольных пластов длинными столбами по простиранию [1], включающая поддержание кровли в очистном забое механизированной крепью, устанавливаемой всплошную в виде секций по длине очистного забоя. Отработку столба осуществляют последовательно по его ширине. Отбойку угля в очистном забое производят обычно комбайном с шириной захвата 0,6-0,7 м, перемещаемым параллельно ряду механизированной крепи. Передвижку крепи осуществляют на ширину захвата комбайна вслед за выемкой. Обрушение кровли происходит сразу после передвижки крепи.

Основным недостатком известного способа является низкая безопасность процесса добычи, что обусловлено отсутствием взаимосвязи параметров способа разработки с геомеханическими, техническими и технологическими условиями. Передвижка секций крепи на 0,6-0,7 м после каждой стружки комбайна вызывает явление "топтания" кровли - разрушение кровли пласта, что является причиной травматизма в очистном забое от отжимов угля, вывалов породы кровли.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [2], согласно которому добычу угля производят выемочным комбайном в длинном очистном забое, с предварительным определением впереди него ширины зоны опорного давления. Крепление кровли осуществляют установкой ряда искусственных (механизированных) целиков параллельно направлению подвигания очистного забоя. При этом очистной забой последовательно перемещают параллельно фронтальной линии ряда механизированных целиков, которые передвигают вслед за выемкой пласта на 0,6-0,7 м, от выработанного пространства к массиву. Поддержание кровли пласта производят не менее чем на ширину зоны опорного давления и реализуют через длину механизированных целиков.

В известном решении достигается частичное повышение безопасности добычи путем перераспределения нагрузки пород кровли с краевой части пласта на целики.

Однако существуют ряд недостатков, не позволяющих обеспечить высокую безопасность горных работ и эффективное управление кровлей.

Не устранен негативный фактор "топтания" кровли крепью. Так, например, при ширине зоны опорного давления 15 м и такой же длине механизированных целиков, шаге их передвижки 0,6 м число перестановок будет равно 25. Т.е. кровля пласта испытывает 25 циклов "разгрузки-нагрузки", что вызывает дробление кровли и, как следствие, вывалы, травматизм.

Высокая безопасность в известном способе не может быть достигнута вследствие постепенной, последовательной подработки блока консоли пород основной кровли на его шаге посадки, во все ухудшающихся геомеханических условиях.

По мере приближения ширины зоны подработки блока консоли к шагу его посадки увеличиваются параметры зоны опорного давления, которое вызывает возрастание смещений пород кровли, а следовательно, отжим угля и вывалы породы в призабойной части, т.е. возрастает опасность травматизма.

При этом блок консоли пород основной кровли закреплен в массиве по одной линии (т.е. закреплена одна сторона), параллельной очистному забою, а остальная (большая) часть блока консоли не поддерживается, т.к. в способе нет оптимальной основы для увязки между собой геомеханических, технических и технологических характеристик. Параметры зоны опорного давления не являются постоянными и зависят от многих факторов, но определяющим, при прочих равных условиях, является шаг посадки блока основной кровли. При этом динамика изменения параметров опорного давления (т.е. перемещение и возрастание максимума опорного давления впереди очистного забоя) на шаге посадки связана с соотношением подработанной и неподработанной его частей и является источником потенциальной опасности.

Направление перемещения очистного забоя совпадает с направлением движения фронтальной линии ряда механизированных целиков, т.е. они параллельны.

Линия обрушения пород кровли в известном техническом решении проходит параллельно очистному забою и ряду механизированных целиков со стороны выработанного пространства. Обрушение кровли происходит по всей длине очистного забоя произвольно и неуправляемо, после перемещения механизированных целиков. При частоте снятия одной стружки комбайном в интервале 0,5-1 ч процесс смещения и разрушения кровли идет непрерывно, так, например, при размерах блока консоли 10х10х10 м, объемном весе пород 2,7 т/м³ (вес блока 2700 т) и длине лавы 100 м, одновременно в сдвижении находится 270 тыс. тонн пород только основной кровли.

Таким образом, зона обрушения не разделена во времени и пространстве с зоной максимального присутствия людей, это также связано с повышенной опасностью.

Кроме того, выбор критерия "ширина зоны опорного давления" является ошибочным по следующим причинам:

- ширина зоны опорного давления, как правило, значительно больше шага посадки основной кровли (в 2 и более раз);

- главный параметр разрушения кровли "шаг посадки основной кровли" является апробированным практикой критерием, определяющим максимальную ширину поддержания кровли пласта и невыполнение этого условия влечет за собой гибель людей.

Основным же недостатком данного технического решения является нереальность его осуществления, т.к. оно изначально предполагает возможность избежать изменений напряженного состояния массива в зоне техногенного воздействия путем приравнивания ширины зоны опорного давления ширине зоны поддержания кровли пласта, т.е. длине механизированных целиков. Утверждение о нереальности основано на следующих аксиомах:

- смещения (разрушение) кровли происходят впереди очистного забоя, в 2-5 м от кромки пласта при техногенном нарушении равновесия массива в процессе отбойки угля;

- опорное давление формируется нависающими консолями неразрушенных пород кровли от пласта до поверхности, и компенсация этих величин крепью нереальна.

Следовательно, увеличение ширины зоны поддержания кровли свыше одного шага посадки основной кровли экономически нецелесообразно и опасно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение безопасности работ и эффективности управления кровлей.

Поставленная цель достигается тем, что в системе разработки пологих пластов, включающей выемку угля очистным забоем, формирование механизированных целиков и поддержание ими кровли пласта и их последующую передвижку, очистной забой перемещают перпендикулярно фронтальной линии ряда механизированных целиков, при этом длину забоя, длину механизированных целиков и шаг их передвижки принимают близкими или равными шагу посадки основной кровли.

При сравнении заявляемого технического решения с прототипом установлены следующие отличительные признаки.

Длину очистного забоя, длину механизированных целиков и шаг передвижки механизированных целиков принимают равными шагу посадки основной кровли, очистной забой перемещают ортогонально фронтальной линии ряда механизированных целиков.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

При сравнении заявляемого с другими техническими решениями, в исследуемой и смежных областях техники, отличительные признаки не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом. На чертеже представлена система разработки пологих угольных пластов.

Перед разработкой угольного пласта известным способом определяют шаг посадки h блока пород основной кровли АБВГ. Например, величина его составляет 10 м. Очистной забой 1 длиной L₁, равной или близкой шагу посадки основной кровли h, перемещают в направлении V₁, перпендикулярном направлению V₂ перемещения фронтальной линии 3-3 и 3"-3" механизированных целиков 2. При этом длина L₂ каждого механизированного целика 2 и шаг их передвижки h₂ приняты равными длине очистного забоя L₁.

Подработку блока пород основной кровли АБВГ осуществляют сразу на всем шаге посадки h путем перемещения забоя 1 ортогонально фронтальной линии 3-3 ряда механизированных целиков 2. Указанный блок пород закреплен в массиве по двум линиям - линии АБ очистного забоя 1 и линии массива угля АГ, перпендикулярно которой установлен ряд механизированных целиков 2. Таким образом, в данном техническом решении создается дополнительная линия AГ - линия закрепления блока пород в массиве, что обеспечивает его более устойчивое, а следовательно, и безопасное положение, т.к. во время подработки блока пород основной кровли АБВГ очистным забоем 1 блок АБВГ является зоной максимального присутствия людей.

По двум другим линиям БВ и ВГ блок опирается на механизированные целики 2, несущая способность которых выбирается адекватной внешним нагрузкам.

В предлагаемом техническом решении подработанный блок пород основной кровли АБВГ удерживается со всех четырех сторон - этим достигается значительно меньший изгиб кровли (меньшие смещения и разрушения) в зоне максимального присутствия людей, а следовательно, и более высокая безопасность по сравнению с известными техническими решениями. Выбор длины L₂ механизированных целиков 2 и шага их передвижки h₂ равными длине очистного забоя L₁ и шагу посадки основной кровли h=10 м, позволяет управлять процессом обрушения пород во времени и переносить зону обрушения А"Б"В"Г" в пространстве на необходимое и безопасное расстояние от зоны максимального присутствия людей АБВГ и регулировать эти параметры.

В предлагаемом техническом решении при перемещении механизированных целиков 2 из положения 3-3 в положение фронтальной линии 3"-3" для консоли пород в зоне А"Б"В"Г" в короткий отрезок времени создаются оптимальные условия для ее обрушения. Причем здесь полностью устранен отрицательный эффект "топтания" кровли крепью, т. к. механизированные целики 2 на шаге посадки кровли h перемещается 1 раз (в прототипе 25 раз), т.к. L₂=h.

При этом зона обрушения А"Б"В"Г" удалена от зоны максимального присутствия людей под консолью АБВГ, обрушение происходит на локальном участке кровли (т.е. производится посадка одного блока весом 2700 т, а не по всей длине очистного забоя 100 м - смотри прототип) в регулируемом режиме обрушения.

Предлагаемая система разработки пологих угольных пластов обеспечивает повышение безопасности ведения работ по сравнению с известными техническими решениями.

Во-первых, за счет

перемещения очистного забоя перпендикулярно фронтальной линии ряда механизированных целиков; уменьшения длины забоя со 100 м (прототип) до 10 м, что обеспечивает повышение скорости подвигания забоя с 5-15 м/сут. (прототип) до 100 м/сут. и более;

формирования новой дополнительной линии опоры консоли пород основной кровли, что уменьшает смещение пород кровли и обеспечивает их надежное удержание.

Во-вторых, зона обрушения пород кровли выносится за пределы зоны максимального присутствия людей, причем этот параметр становится регулируемым.

В-третьих, устранено явление "топтания" кровли, так как передвижка производится сразу на шаг посадки кровли.

Источники информации

1. С. Д. Сонин и др. "Полезная разработка пластовых месторождений", М., 1961. с.310-356.

2. Патент РФ 1578337, опубл. бюл. 26, 1990, МКИ Е 21 С 41/16.