способ вскрытия и разработки вытянутых по простиранию и падению угольных месторождений с пологопадающими и наклонными пластами большой мощности

Формула изобретения

1. Способ вскрытия и разработки вытянутых по простиранию и падению угольных месторождений с пологопадающими и наклонными пластами большой мощности, включающий вскрытие угольного месторождения и поуступную выемку вскрышных пород и угля по падению пласта, транспортировку угля и вскрышных пород, отличающийся тем, что для вскрытия угольного месторождения и транспортировки угля ведут, по меньшей мере, две параллельные подземные транспортные выработки по падению пласта по его почве или ниже его почвы на глубину проектного контура открытых горных работ, а затем их продолжают под углом 15-20° к горизонту с выходом на дневную поверхность, при этом добытый на уступах уголь транспортируют конвейерами, размещенными на уступах, и конвейерами в указанных параллельных подземных транспортных выработках до потребителя на дневной поверхности, а вынутые вскрышные породы на уступах транспортируют в выработанное пространство карьера конвейерами этих уступов, а затем - конвейерами, установленными, по меньшей мере, в двух, например, однопролетных транспортных мостах, которые передвигают по падению пласта вслед за движением фронта горных работ, образуя внутренние отвалы вскрышных пород карьера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параллельные подземные транспортные выработки ведут в породах почвы пласта под внутренними отвалами вскрышных пород карьера с опережением фронта горных работ по добыче угля, а добытый уголь перепускают по углеспускам в параллельные подземные транспортные выработки и транспортируют конвейерами до потребителя под внутренними отвалами вскрышных пород карьера.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в выработанном пространстве карьера под внутренними отвалами вскрышных пород на почве пласта образуют транспортную галерею из бетонных конструкций, удлиняемую по мере подвигания фронта горных работ, с монтажом в ней конвейера для транспортировки угля потребителю.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что для угольного месторождения с мульдообразной формой залегания пласта и глубиной, целесообразной для открытой разработки, параллельные подземные транспортные выработки проходят по почве пласта, начиная с дневной поверхности одного крыла этого пласта и кончая выходом на дневную поверхность на другом крыле этого же пласта.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что параллельные подземные транспортные выработки, пройденные по почве пласта или ниже почвы пласта, используют для дренажных работ по угольному месторождению, что учитывают при определении их местоположения.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что параллельные подземные транспортные выработки используют для транспортирования золы ТЭЦ во внутренние отвалы вскрышных пород карьера для совместного захоронения с вынутыми вскрышными породами.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что выемку угля ведут роторными комплексами с последующим перепуском его в параллельные подземные транспортные выработки.

8. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что выемку угля ведут ковшовыми экскаваторами с доставкой его автосамосвалами до приемного перегрузочного пункта на конвейеры в параллельных подземных транспортных выработках.

9. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что выемку вскрышных пород ведут роторными комплексами с последующей транспортировкой их до перегрузочного пункта однопролетного транспортного моста.

10. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что выемку вскрышных пород ведут ковшовыми экскаваторами с последующей их транспортировкой автосамосвалами до перегрузочного пункта однопролетного транспортного моста.

11. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что транспортировку вынутых вскрышных пород от разгрузочного бункера на перегрузочном пункте однопролетного транспортного моста ведут отвальными ленточными конвейерами с укладкой вынутых вскрышных пород во внутренние отвалы вскрышных пород карьера с помощью экскаваторов-драглайнов.

12. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что транспортировку вынутых вскрышных пород от разгрузочного бункера на перегрузочном пункте однопролетного транспортного моста ведут автосамосвалами с укладкой вынутых вскрышных пород во внутренние отвалы вскрышных пород карьера с помощью бульдозеров или экскаваторов-драглайнов.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке угольных месторождений пологого и наклонного падения.

Известен способ открыто-подземной разработки вытянутых по простиранию наклонных и крутопадающих залежей большой мощности (см. патент РФ № 2143075, Е 21 С 41/26, опубл. в БИ № 35, 1999 г.), включающий создание на одном из флангов залежи первоочередного карьера. Месторождение отрабатывают в направлении его простирания каскадом последовательно расположенных карьеров, разделенных межкарьерными целиками, при этом вскрышные породы в полном объеме каждого последующего карьера, кроме первого, размещают в выработанном технологическом пространстве предыдущего карьера, а отработку межкарьерных целиков осуществляют подземными работами из выемочных выработок, проводимых от наклонных стволов, устья которых располагают в донных частях отрабатываемых карьеров.

Недостатком известного технического решения являются большая трудоемкость выемки межкарьерных целиков подземным способом и снижение эффективности разработки месторождения за счет необходимости соблюдения последовательности открытых и подземных горных работ, что ведет к увеличению сроков его разработки.

Наиболее близким по технической сущности является способ вскрытия и разработки наклонных и крутопадающих месторождений (см. патент РФ № 2070292, Е 21 С 41/26, опубл. в БИ № 34, 1996 г.), включающий вскрытие горизонтов карьерного поля временными съездами, переходящими по мере развития горных работ и достижения граничного контура карьера в постоянные, отработку карьерного поля горизонтальными слоями с буровзрывной подготовкой пород, проходку вскрывающей наклонной выработки для перевозки конвейерным подъемником горной массы, извлекаемой в глубинной зоне карьера, и вскрывающей горизонтальной выработки для доставки горной массы, поступающей из глубины зоны карьера по стационарной трассе, проложенной по контуру карьера с опережением фронта работ на вышележащих относительно концентрационного горизонта уступах. При этом во вскрывающей наклонной выработке из крепежных блоков повышенной прочности возводят галерею укрытия конвейерного подъемника, из пород мелкой фракции формируют первую защитную рубашку галереи, поверх нее из пород средней крупности формируют вторую защитную рубашку, а по их завершении отрезают от массива пород, прилегающего к ней со стороны карьерного поля, предохранительный целик, который затем с некоторым отставанием от основного фронта отрабатывают совместно со второй и частью первой защитных рубашек.

Недостатком известного технического решения является сложность вскрытия глубоких горизонтов, что увеличивает транспортные расходы на ведение вскрышных работ.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности отработки угольного месторождения путем сокращения расходов на транспортировку угля и вскрышных пород.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагается способ вскрытия и разработки вытянутых по простиранию и падению угольных месторождений с пологопадающими и наклонными пластами большой мощности, включающий вскрытие угольного месторождения и поуступную выемку вскрышных пород и угля по падению пласта, транспортировку угля и вскрышных пород. Согласно техническому решению, для вскрытия угольного месторождения и транспортировки угля ведут, по меньшей мере, две параллельные подземные транспортные выработки по падению пласта по его почве или ниже его почвы на глубину проектного контура открытых горных работ, а затем их продолжают под углом 15-20 к горизонту с выходом на дневную поверхность. Добытый на уступах уголь транспортируют конвейерами, размещенными на уступах, и конвейерами в указанных параллельных подземных транспортных выработках до потребителя на дневной поверхности. Вынутые вскрышные породы на уступах транспортируют в выработанное пространство карьера конвейерами этих уступов, а затем конвейерами, установленными, по меньшей мере, в двух, например, однопролетных транспортных мостах, которые передвигают по падению пласта вслед за движением фронта горных работ, образуя внутренние отвалы вскрышных пород карьера.

Использование параллельных подземных горных выработок для транспортировки угля потребителю позволяет снизить транспортные расходы за счет сокращения длины транспортирования. Кроме того, расположение конвейеров в параллельных подземных горных выработках позволяет уменьшить эксплуатационные расходы за счет создания более благоприятных условий работы конвейеров при постоянно положительных температурах, что весьма важно в суровых климатических условиях. При современном развитии проходческой техники и механизации возведения бетонного крепления создание параллельных подземных транспортных выработок позволит снизить сроки ввода карьера в эксплуатацию. Современные проходческие комбайны способны проходить до 20-30 п.м. в смену или 1000-2000 п.м. в месяц.

Использование двух, например, однопролетных транспортных мостов для доставки вынутых вскрышных пород в выработанное пространство карьера над работающими угольными забоями значительно сокращает расстояние и расходы на их транспортирование. Для обеспечения работы целесообразно использовать однопролетные транспортные мосты длиной 100-250 м и более, что обеспечивает выемку пластов мощностью 40-80 м. Конструкция опорных поверхностей однопролетных транспортных мостов обеспечивает передвижение их, например, гидравлическими домкратами вслед за движением фронта работ. Причем передвижение этих мостов ведут после образования готового к выемке участка пласта. Расстояние между однопролетными транспортными мостами определяют экономическими расчетами.

Целесообразно параллельные подземные транспортные выработки вести в породах почвы пласта под внутренними отвалами вскрышных пород карьера с опережением фронта горных работ по добыче угля, а добытый уголь перепускать по углеспускам в параллельные подземные транспортные выработки и транспортировать конвейерами до потребителя под внутренними отвалами вскрышных пород карьера.

Когда потребитель угля располагается со стороны выхода пласта на дневную поверхность, целесообразно параллельные подземные транспортные выработки вести в породах почвы пласта с опережением фронта угольного забоя. Добытый уголь перепускают по углеспускам в параллельные подземные транспортные выработки и транспортируют конвейерами к потребителю на дневной поверхности под внутренними отвалами вскрышных пород карьера. Это снижает транспортные расходы и сокращает сроки строительства карьера.

Возможен вариант, когда параллельные подземные транспортные выработки проходят сразу на полную длину до конечных контуров карьера, что упрощает в последующем процесс наращивания конвейеров и исключает операции, связанные с проходкой параллельных подземных транспортных выработок.

Целесообразно в выработанном пространстве карьера под внутренними отвалами вскрышных пород на почве пласта образовать транспортную галерею из бетонных конструкций, удлиняемую по мере подвигания фронта горных работ, с монтажом в ней конвейера для транспортировки угля потребителю, что сокращает капитальные затраты на проведение параллельных подземных транспортных выработок.

Целесообразно для угольного месторождения с мульдообразной формой залегания пласта и глубиной, целесообразной для открытой разработки, параллельные подземные транспортные выработки проходить по почве пласта, начиная с дневной поверхности одного крыла этого пласта и кончая выходом на дневную поверхность на другом крыле этого же пласта. Это значительно снизит расходы на подготовку угольного месторождения к выемке угля.

Целесообразно параллельные подземные транспортные выработки, пройденные по почве пласта или ниже почвы пласта, использовать для дренажных работ по угольному месторождению, что учитывают при определении их местоположения. Это значительно снижает расходы на подготовку угольного месторождения.

Из параллельных подземных транспортных выработок могут проходить водосборники, насосные камеры или бурить скважины для осушения угольного месторождения. В зависимости от гидрогеологических условий могут изменять местоположение параллельных подземных транспортных выработок.

Кроме того, оборудование по обслуживанию конвейеров, например передвижные платформы, подъемно-транспортные средства, вагоны для перевозки людей, может использоваться для обслуживания и ремонта водо-насосных станций и магистральных трубопроводов, что сокращает эксплуатационные расходы.

Целесообразно параллельные подземные транспортные выработки использовать для транспортирования золы ТЭЦ во внутренние отвалы вскрышных пород карьера для совместного захоронения с вынутыми вскрышными породами, что значительно сокращает расходы на эту операцию и улучшает экологическую обстановку в районе ТЭЦ.

Целесообразно выемку угля вести роторными комплексами с последующим перепуском его в параллельные подземные транспортные выработки. Данное техническое решение обеспечивает минимальные транспортные расходы на доставку угля из забоя до потребителя.

Целесообразно выемку угля вести ковшовыми экскаваторами с доставкой его автосамосвалами до приемного перегрузочного пункта на конвейеры в параллельных подземных транспортных выработках.

При ограниченной мощности пласта, когда экономически нецелесообразно использовать роторные комплексы, техническим решением предусматривается применение ковшовых экскаваторов с доставкой угля автосамосвалами до приемного перегрузочного пункта на конвейер в параллельной подземной транспортной выработке. Кроме того, при наличии в пласте или вскрышных породах крепких пропластков, когда применение роторных комплексов неэффективно, техническим решением предусматривается использование ковшовых экскаваторов и автосамосвалов.

Целесообразно выемку вскрышных пород вести роторными комплексами с последующей транспортировкой их до перегрузочного пункта однопролетного транспортного моста. Данное техническое решение обеспечивает минимальные транспортные расходы на перемещение вынутых вскрышных пород от забоя до внутреннего отвала вскрышных пород карьера.

Целесообразно выемку вскрышных пород вести ковшовыми экскаваторами с последующей их транспортировкой автосамосвалами до перегрузочного пункта однопролетного транспортного моста. Данное техническое решение целесообразно использовать при отработке угольных месторождений, где вскрышные породы содержат крепкие пропластки, что исключает или затрудняет применение роторных комплексов.

Целесообразно транспортировку вынутых вскрышных пород от разгрузочного бункера на перегрузочном пункте однопролетного транспортного моста вести отвальными ленточными конвейерами с укладкой вынутых вскрышных пород во внутренние отвалы вскрышных пород карьера с помощью экскаваторов-драглайнов. Данное техническое решение обеспечивает минимальные затраты на транспортировку и укладку вынутых вскрышных пород во внутренние отвалы вскрышных пород карьера.

Целесообразно транспортировку вынутых вскрышных пород от разгрузочного бункера на перегрузочном пункте однопролетного транспортного моста вести автосамосвалами с укладкой вынутых вскрышных пород во внутренние отвалы вскрышных пород с помощью бульдозеров или экскаваторов-драглайнов. Данное техническое решение целесообразно использовать при небольших объемах вынутых вскрышных пород, размещаемых во внутренних отвалах вскрышных пород карьера, а также при ограниченных размерах выработанного пространства, например, в начале строительства карьера.

Пример осуществления способа вскрытия и разработки вытянутых по простиранию и падению угольных месторождений с пологопадающими и наклонными пластами большой мощности показан на принципиальных схемах фиг.1-8, где на:

фиг.1 показана принципиальная схема вскрытия и разработки вытянутых по простиранию и падению угольных месторождений с пологопадающими и наклонными пластами большой мощности (вертикальный разрез);

фиг.2 - то же, что на фиг.1 (вид в плане);

фиг.3 - сечение параллельной подземной транспортной выработки для транспортировки угля из карьера к потребителю;

фиг.4 - узел перепуска угля с уступа в карьере в параллельную подземную транспортную выработку;

фиг.5 - вариант вскрытия пласта параллельными подземными транспортными выработками, размещаемыми ниже почвы пласта;

фиг.6 - вариант транспортирования угля в транспортной галерее из бетонных конструкций под внутренними отвалами вскрышных пород карьера;

фиг.7 - поперечное сечение транспортной галереи из бетонных конструкций, оборудованной конвейером;

фиг.8 - пример вскрытия угольного месторождения с мульдообразной формой залегания пласта.

Пологопадающий пласт 1 (фиг.1) большой мощности, вытянутый по падению и простиранию, подготавливают к разработке, по меньшей мере, двумя параллельными подземными транспортными выработками (далее - транспортные выработки 2, 3) (фиг.1-4), в которых монтируют технологический комплекс в порталах 4 для транспортировки угля потребителю 5, например ТЭЦ (фиг.1, 2, 5, 6, 8) или другим потребителям. Транспортные выработки 2, 3 проходят по падению пласта 1 по его почве или ниже его почвы. Транспортные выработки 2, 3 проходят на глубину проектного контура 6 (на фиг.1 - пунктирная линия) открытых горных работ, затем их продолжают под углом 15-20 к горизонту до выхода на дневную поверхность, где располагается потребитель 5.

В транспортных выработках 2, 3 смонтированы конвейеры 7 (фиг.3, 4, 7) для транспортировки угля с угольных уступов 8 потребителю 5. Для обслуживания конвейеров 7 эти выработки 2, 3 также оборудованы механизированными транспортными средствами 9 (фиг.2, 3, 7) и пешеходными трапами 10 (фиг.3, 7).

Транспортные выработки 2, 3 через углеспуски 11 (фиг.4, 5) соединяют с почвой угольных уступов 8. На дневной поверхности углеспуски 11 оснащены перегрузочными пунктами (поз. не обозначены) с перегрузочными устройствами 12 (фиг.2, 4), а в транспортных выработках 2, 3 - питателями 13 для погрузки угля на конвейер 7. Транспортные выработки 2, 3 по мере подвигания фронта горных работ погашают, а конвейер 7 укорачивают. Возможен вариант, когда конвейер 7 демонтируют, а транспортные выработки 2, 3 сохраняют и используют по другому назначению, например для перемещения людей и расходных материалов на угольные уступы 8. Количество транспортных выработок 2, 3 и расстояние между ними определяют технико-экономическими расчетами.

Для транспортировки вынутых вскрышных пород с уступов 14 в выработанное пространство 15 и образования внутренних отвалов 16 вскрышных пород используют, по меньшей мере, два однопролетных транспортных моста 17 (на фиг.1, 2 на участке, ограниченном линиями разрывов, показан только один однопролетный транспортный мост 17). Однопролетный транспортный мост 17 выполняют в виде жесткой фермы длиной 100-250 м и более в зависимости от мощности пласта. На концах жесткой фермы выполнены опорные поверхности (на фиг.1, 2 не обозначены), посредством которых однопролетный транспортный мост 17 со стороны угольного уступа 8 оперт на подготовленную поверхность пласта 1, а со второй стороны - на подготовленную поверхность внутреннего отвала 16 вскрышных пород. Передвижение однопролетного транспортного моста 17 осуществляют, например, с помощью гидродомкратов (на фиг.1, 2 не показаны) вслед за продвижением фронта горных работ. Причем передвижение ведут после создания готовых к выемке запасов угля. Расстояние между однопролетными транспортными мостами 17 определяют экономическими расчетами.

Однопролетные транспортные мосты 17 со стороны уступов 14 выполнены с перегрузочным пунктом 18 для приема вынутых вскрышных пород, а со стороны внутреннего отвала 16 вскрышных пород - с разгрузочным бункером 19 (фиг.1, 2).

Когда потребитель 5 угля (фиг.5) располагается со стороны выхода пласта 1 на дневную поверхность, целесообразно транспортные выработки 20 вести в породах ниже почвы пласта 1 с опережением фронта горных работ по добыче угля. Добытый уголь перепускают по углеспускам 11 в транспортные выработки 20.

Для ускорения строительства карьера и снижения капитальных затрат на части участков угольного месторождения целесообразно под внутренними отвалами 16 вскрышных пород по почве пласта 1 образовывать транспортную галерею 21 из бетонных конструкций 22 (фиг.6, 7), удлиняемую по мере продвижения фронта горных работ. В транспортной галерее 21 монтируют конвейер 7 для транспортировки угля до потребителя 5. Загрузку угля на конвейер 7 осуществляют посредством передвижного перегрузочного устройства 23 (фиг.6).

Для угольных месторождений с мульдообразной формой залегания пласта 1 (фиг.8), когда экономически целесообразна его выемка на полную глубину открытым способом, транспортные выработки 2, 3 ведут по почве пласта 1 или в породах ниже его почвы, начиная с дневной поверхности одного крыла этого пласта 1 и кончая выходом на дневную поверхность на другом крыле этого же пласта 1.

Транспортные выработки 2, 3 при необходимости можно использовать для дренажных работ по угольному месторождению. В транспортных выработках 2, 3 могут проходить водосборники, насосные камеры, водопонизительные скважины (на фиг.8 не показаны). В транспортных выработках 2, 3 монтируют трубопроводы 24 для откачки воды из карьера.

Транспортные выработки 2, 3 при необходимости можно использовать для транспортирования золы ТЭЦ с целью последующего захоронения в выработанном пространстве 15 карьера совместно с вынутыми вскрышными породами во внутренних отвалах 16 вскрышных пород. Для транспортировки золы от ТЭЦ до внутренних отвалов 16 вскрышных пород в транспортных выработках 2, 3 целесообразно монтировать дополнительный конвейер 25 (фиг.3).

Выемку угля целесообразно вести роторными комплексами 26 с конвейером 27 (фиг.2) до перегрузочного устройства 12 в углеспуски 11. Из углеспусков 11 питателем 13 уголь перегружают на конвейер 7 и транспортируют по транспортным выработкам 2, 3 к потребителю 5.

При ограниченной мощности пласта 1, когда экономически нецелесообразно использовать роторные комплексы 26, возможен вариант отработки пласта 1 с применением ковшовых экскаваторов и автосамосвалов для доставки угля до перегрузочного устройства 12 в углеспуске 11.

При наличии в пласте 1 крепких породных пропластков также целесообразно использование ковшовых экскаваторов и автосамосвалов.

Выемку вскрышных пород целесообразно вести роторными комплексами 28 (фиг.1, 2) с последующей транспортировкой забойным 29 (фиг.2) и магистральным конвейером 30 до перегрузочного пункта 18 однопролетного транспортного моста 17.

Для угольных месторождений с крепкими вскрышными породами целесообразно использовать ковшовые экскаваторы в комплекте с автосамосвалами для транспортировки их до перегрузочного пункта 18 однопролетного транспортного моста 17.

Транспортировку вынутых вскрышных пород от разгрузочного бункера 19 однопролетного транспортного моста 17 целесообразно вести отвальными ленточными конвейерами 31, 32 с укладкой этой породы в выработанное пространство 15 экскаваторами-драглайнами 33.

При небольших объемах вынутых вскрышных пород, а также при ограниченных размерах выработанного пространства 15, например, в начале строительства карьера целесообразно использовать для транспортировки этих пород от разгрузочного бункера 19 автосамосвалы с укладкой этих пород во внутренние отвалы 16 вскрышных пород карьера бульдозерами или экскаваторами-драглайнами.