Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
БУРОШТРЕКОВЫЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
БУРОШТРЕКОВЫЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

БУРОШТРЕКОВЫЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения. Делят выемочное поле на подэтажи проведением выработок, ведут выемку угля бурением скважин прямого хода с транспортных выработок на вентиляционные штреки, разбуриванием скважин обратным ходом и последующим извлечением межскважинных целиков. При этом рассредоточивают операции бурения и разбуривания скважин и извлечения межскважинных целиков по простиранию и по мощности пласта, а извлечение межскважинных целиков производится путем их разрушения за счет горного давления или располагаемых в скважинах на канатах раздавливающих гидравлических устройств путем перемещения их в слое снизу вверх и от почвы к кровле в слоях. 7 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2096618
Класс(ы) патента: E21C41/18
Номер заявки: 95114937/03
Дата подачи заявки: 21.08.1995
Дата публикации: 20.11.1997
Заявитель(и): Егошин Воля Васильевич; Егоров Петр Васильевич; Бонецкий Владимир Александрович; Рыжков Юрий Александрович; Красильников Борис Васильевич
Автор(ы): Егошин Воля Васильевич; Егоров Петр Васильевич; Бонецкий Владимир Александрович; Рыжков Юрий Александрович; Красильников Борис Васильевич
Патентообладатель(и): Егошин Воля Васильевич; Егоров Петр Васильевич; Бонецкий Владимир Александрович; Рыжков Юрий Александрович; Красильников Борис Васильевич
Описание изобретения: Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к разработке угольных пластов мощностью выше 1,0 м, с углами падения более 30o.
Известны способы разработки угольных пластов с указанными параметрами с применением различных систем разработки: сплошной, столбовой, слоевых, щитовой, с гибким перекрытием, нетиповых с буровзрывной выемкой угля в очистных забоях и с применением механизированных комплексов и агрегатов КГУ, КМ-81Э, КПК-1м, АК-3 и агрегатов АЩМ, АНЩ, ЩРПМ. Осуществлялись попытки разработки мощных грунтовых пластов с закладкой выработанного пространства с применением механизированных комплексов КЗ и КВЗ, наклонными и горизонтальными слоями с применением твердеющей закладки в наклонных слоях и агрегатов АКЗ, в горизонтальных слоях проходческих комбайнов и самоходных вагонеток. Пологие тонкие пласты в опытном порядке пытались обрабатывать камерной системой с выемкой угля буроштрековым способом, крутые пласты мощностью 0,4-1 м буровым способом с помощью комплекса КМД (Б.Ф. Братченко и др. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. М. Недра, 1985, с. 146-207; Н. М. Алябьев и др. Краткий справочник горного инженера угольной шахты. М. Недра, 1982, с. 50-70, 151-193; Н.А.Чинакал и др. Щитовая система разработки. Новосибирск, 1972. с. 21-59, 87-146; В.П.Егоров и др. Шахты Кузбасса. М. Недра, 1994, с. 70-159; Инструкция по безопасному применению нетиповых систем разработки в сложных горно-геологических условиях Кузнецкого бассейна. Л.П.Томашевский, И.Б. Милованов, В.В.Егошин и др. Прокопьевск, "Прокопьевскуголь", "Южкузбассуголь", ВостНИИ, КузНИУИ, 1975, 31 с; М.В.Курленя и др. Технология щитовой разработки угольных месторождений. Наука, Новосибирск, 1988, с. 252; А.Б.Морев и др. Буроштрековые установки для выемки угля. М. Недра 1973, с. 128; А.Ф.Ягнаков и др. Выемка угля буроштрековым способом. М. "Недра", 1976, с. 120; А.П.Судоплатов, К.И.Иванов. Новые высокопроизводительные способы добычи угля. М. Госгортехиздат, 1962,с. 100-101).
Указанные системы разработки с выемкой угля в очистных забоях с помощью буровзрывных работ требуют проведения значительных объемов подготовительных и нарезных выработок разнообразных по назначению, сечению и видам крепи, имеют высокий процент ручных работ, что определяет большую их трудоемкость и низкую безопасность.
Рационализация этих систем и отдельных элементов в них и работ осуществлялась в направлении ликвидации ручных работ: буровзрывных и работ по креплению и управлению кровлей. При углах падения пластов 30-40o и при соответствующих мощностях было осуществлено несколько попыток внедрения комплексов типа КМ-81Э, для маломощных пластов с углами падения, обеспечивающих самотек угля в очистном забое, разрабатывался комплекс КГУ, для более мощных комплекс КПК и агрегат АК, а также щитовые агрегаты АМЩ и АНЩ, для более мощных пластов были созданы щиты КС с буровзрывной выемкой, осуществлялись работы по созданию щитового комплекса "Зиминец", для отработки мощных пластов горизонтальными слоями комплексы КНК, для комбинированной системы с низким перекрытием, для отработки мощных пластов с закладкой - комплексы КЗ и КВЗ.
Жесткие требования к условиям залегания пластов постоянство гипсометрии и отсутствие нарушений сбросового и взбросового характера со смещениями 30-40% ограничивали применение механизированных комплексов, а значительные диапазоны мощностей и углов падения, диктовавших специальные конструктивные решения, привели к значительному многообразию разрабатываемых конструкций и узким областям их применения. Одновременно небольшие расстояния по простиранию 120-150 м между нарушениями разрывного характера в выемочных полях и ограниченная высота этажа (100 м по вертикали) обуславливали значительные объемы монтажных, демонтажных и такелажных работ, также выполнявшихся вручную.
Действие указанных двух причин (при наличии менее значимых) сдерживали развитие производства практически штучного оборудования, не позволявшего, тем более, существенно повысить эффективность подземной добычи угля в рассматриваемом диапазоне горно-геологических условий.
Целью предлагаемого изобретения является ликвидация указанных недостатков существующих способов подземной разработки угольных пластов мощностью свыше 1,0 м с углами падения более 30o для значительного снижения материальных и трудовых затрат на добычу тонны угля за счет применения для всех указанных условий одной системы разработки и одинаковых средств механизации труда шести наименований.
Указанная цель при буроштрековой системе разработки достигается путем разделения выемочного поля наклонных и крутых пластов (более 30o) на несколько обособленных подэтажей и выемки в них угля путем бурения с подэтажного выемочного штрека скважин прямым ходом на вентиляционный выемочный штрек и расширения их обратным ходом буровыми машинами типа БГА-2М. В зависимости от мощности пласта бурение и расширение скважин производится в нескольких слоях.
Скважины прямого хода бурятся диаметром 500 мм, расширяются скважины с помощью расширителей различного типа до диаметров 850 1300 мм. С помощью специальных расширителей возможно расширение скважин прямоугольного сечения с величиной стороны до 1300 1400 мм и более.
Буроштрековая система предназначена для применения при отработке выемочных полей различной величины по простиранию с разделением на блоки длиной до 200 220 м при отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию. Выемочное поле по падению предполагается делить на подэтажи с наклонной длиной 20 30 м.
У ближней границы поля (блока) проходится боковая наклонная выработка для транспортировки вниз добытого угля, подачи воздуха в подэтажи, передвижения людей, подъема и спуска оборудования и материалов. Между подэтажами предусматривается оставление целика величиной 3 4 м (наклонная) для обеспечения одновременной выемки угля в нескольких подэтажах. Выемочные штреки в случае необходимости крепятся анкерной крепью приемлемой или необходимой конструкции.
Выемку угля в подэтаже предусматривается осуществлять с последовательным выполнением трех процессов: 1 бурением скважин прямого хода буровыми станками типа БГА-2М. Одним станком бурятся скважины прямым ходом с оставлением (подвешиванием) бурового инструмента в пробуренной скважине; 2 - расширением скважин обратным ходом вторым таким же станком с некоторым отставанием в выполнении процесса (не менее 2 скважин) с передачей инструмента на первый станок; 3 разрушением межскважинных целиков (между расширенными) за счет горного давления или с помощью располагаемого в скважине на канате специального раздавливающего устройства, состоящего из двух гидроцилиндров, расположенных перпендикулярно друг другу, с выдвигающимися из них с двух сторон штоками, снабженными на концах овальными плитами, и шарнирно соединенными со штоками шаровыми замками. При подаче жидкости маслостанцией, располагаемой на вентиляционном штреке, под поршни штоки выдвигаются и целики между скважинами разрушаются под силовым воздействием овальных плит. Разрушение межскважинных целиков в слое производится в направлении от транспортной (слоевой) выработки к вентиляционной устройство поднимается вверх лебедкой, устанавливаемой на вентиляционном штреке. При выбуривании угля слоями, разрушение межскважинных целиков осуществляется в направлении от почвы к кровле.
Расстояние между скважинами выбирается из расчета оставления между бортами расширенных скважин целика минимум 0,5 м в зависимости от крепости и устойчивости угля и вмещающих пород. При необходимости между группами скважин могут оставляться опорные целики по падению шириной 3 5 м.
Проветривание забоев проводимых штреков производится с помощью вентиляторов местного проветривания, а работ по выбуриванию за счет общешахтной депрессии.
Для выполнения работ по подъему расширителей обратного хода, снятия расширителя прямого хода и установки расширителя обратного хода на новый буровой став на верхних выемочных штреках устанавливают лебедку.
Для выполнения работ по разрушению межскважинных целиков с помощью раздавливающий устройств на верхних выемочных штреках размещаются лебедки и насосные станции.
При увеличении мощности пластов разработка их с помощью буроштрековой системы осуществляется слоями, являясь основой двух технологических схем.
Первая технологическая схема предусматривает применение системы при обработке пластов мощностью от 1,0 до 4,1 м с углами падения более 30o. Менее мощные пласты в этом диапазоне предусматривается отрабатывать одним слоем, более мощные двумя слоями при проведении двух подэтажных штреков - вентиляционного и транспортного. При мощности пластов до 3,5 м выемочные штреки специальной конфигурации сечений предлагается проходить комбайнами 4ПУ, при мощности 3,5 4,1 м с помощью комбайнов ГПКС.
Вторая технологическая схема предусматривает применение буроштрековой системы на пластах мощностью более 4,2 м с выбуриванием угля тремя слоями при проведении в подэтаже трех выемочных штреков двух транспортных (слоевых) и одного вентиляционного при расширении скважин в верхних двух слоях до диаметра 1300 мм и нерасширенных скважин в третьем слое до мощности пласта 4,5 м и расширенных скважин в этом слое с ростом диаметра до 1,3 м при мощности пласта 5,7 м.
При мощности пласта 5,8 6,1 м выемка в подэтажах выбуриванием осуществляется четырьмя слоями при проведении в подэтаже также трех подэтажных штреков, но при расширении скважин в верхних трех слоях и бурении скважин диаметром 500 мм без расширения в нижнем четвертом слое.
При мощности пластов 6,2 7,1 м предусматривается выемка четырьмя слоями, но при проведении в подэтаже четырех подэтажных штреков двух верхних и двух нижних для обеспечения расширения скважин во всех четырех слоях. При мощности пластов 7,1 7,4 все четыре слоя выбуриваются с расширением скважин до диаметра 1300 мм.
При мощности пласта 7,5 выбуривание в подэтажах производится пятью слоями. Для обеспечения этого варианта меняется расположение, конфигурация и сечение четырех подэтажных выемочных штреков.
При мощности пластов 7,5 8,1 м достигается значительная концентрация буровых машин, используемых для бурения и расширения скважин. Одновременно предусматривается иметь девять буровых станков, пять из них в режиме расширения. При мощности пласта 8,2 м и более одновременно в работе предполагается иметь десять буровых станков. Такое количество станков позволит при режиме бурения и расширения 0,8 м/мин и 50% использования машинного времени обеспечить нагрузку в подэтаже выемочного поля в количестве 5 6 тыс. тонн в сутки. С учетом выхода угля при разрушении межскважинных целиков этот объем увеличивается в 1,2 1,4 раза.
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ из книги А. П. Судоплатова и К.И.Иванова "Новые высокопроизводительные способы добычи угля", Госгортехиздат, 1962, с. 100-101, характеризующийся следующей совокупностью буроштрековый способ подземной разработки угольных пластов мощностью до 1 м, включающий давление выемочного поля на подэтажи проведением выработок, выемку угля бурением скважин прямого хода с транспортных выработок на вентиляционные штреки, разбуриванием скважин обратным ходом с последующим извлечением этим же способом межскважинных целиков.
Отличительные признаки заявленного способа по сравнению с указанным аналогом и прототипами обеспечивают значительное снижение трудоемкости и материалоемкости разработки пластов в аналогичных горно-геологических условиях, высокую концентрацию работ по подготовке и выемке угля в выемочных полях (блоках), исключение тяжелых и ручных работ и значительное повышение безопасности и культуры производства.
Таким образом, вышеуказанные отличительные признаки и преимущества заявленного объекта удовлетворяют критерию существенные отличия.
На фиг. 1 изображено выемочное поле (блок) крутонаклонного пласта мощностью 1,0 4,1 м, отрабатываемое одним или двумя слоями при проведении в подэтаже двух штреков, на фиг. 2 выемочное поле (блок) крутонаклонного пласта мощностью 4,2 5,7 м, обрабатываемое тремя слоями при проведении в подэтаже трех выемочных штреков, на фиг. 3 разрез пласта по верхнему подэтажу при обработке пласта мощностью 4,1 м двумя слоями, на фиг. 4 разрез пласта по верхнему подэтажу при отработке пластов 4,2 м 5,7 м тремя слоями, на фиг. 5 выемочное поле (блок) крутонаклонного пласта мощностью 6,2 7,1 м, отрабатываемое четырьмя слоями при проведении в подэтаже четырех подэтажных штреков, на фиг. 6 разрез пласта по верхнему подэтажу при отработке пласта мощностью 7,1 м четырьмя слоями, на фиг. 7 устройство для раздавливания межскважинных целиков и схема выполнения этих работ.
Выемочное поле наклонной высотой 60 120 м делится на три подэтажа высотой 20 30 м с оставлением между подэтажными целиков 3 4 м. При отработке пластов одним или двумя слоями в верхнем подэтаже проходится вентиляционный выемочный штрек 1 и подэтажный выемочный штрек 2, во втором и последующих подэтажах по два подэтажных выемочных штрека. При отработке пластов тремя и четырьмя слоями в подэтаже при меньшей мощности проходится на транспортном уровне дополнительный третий подземный выемочный штрек 3, при большей мощности дополнительный четвертый вентиляционный слоевой штрек у висячего бока 5. При отработке более мощных пластов четырьмя и пятью слоями в подэтаже также проходится четыре штрека: два вентиляционных выемочных слоевых у висячего и лежачего боков пласта и два на транспортном уровнет - подэтажные выемочные штреки также у обоих боков пласта. Пласты мощностью 8,9 м предлагается выбуривать пятью слоями с диаметром скважины каждого слоя 1,3 м. При большей мощности пластов и выемке их с помощью шести и семи слоев в подэтаже должно проводиться шесть штреков три на вентиляционном уровне и три на транспортном и т.д. Между бортами расширенных скважин как по простиранию, так и по падению предусматривается оставление целиков величиной 0,5 м, буровые станки располагаются в штреках на минимальном расстоянии друг от друга с учетом необходимых зазоров и обеспечения передачи бурового инструмента от станка к станку 4. Устройство для раздавливания межскважинных целиков состоит из двух двухпоршневых силовых цилиндров 7, 10, жестко соединенных между собой под углом 90o 9, на штоках поршней 8, 11 на шаровых опорах - 14 располагаются овальные плиты 6. На силовых цилиндрах установлены штуцера для подсоединения гибких шлангов для подачи жидкости в надпоршневую 12 полость и подпоршневую 13, на верхнем цилиндре имеется устройство для соединения с поддерживающим канатом 15. Раздавливающее устройство перемещается в скважине на канате с помощью лебедки 16 и блока 21. С помощью буровых станков 20 осуществляется бурение скважин прямым ходом 19, после выбуривания на вентиляционный (верхний) штрек буровой инструмент подвешивается 17, с помощью второго бурового станка после навешивания расширителя обратного хода скважина расширяется 18, 22. В заднюю расширенную скважину опускается раздавливающее устройство 23. При выемке пласта в один слой раздавливание целиков производится одним цилиндром в направлении простирания 24, при выемке несколькими слоями как по простиранию, так и вкрест простирания. В результате разрушения целиков образуются полости 24.
При значительных изменениях угла падения в пределах высоты этажа величина подэтажа уменьшается до 8 10 см. Высокая концентрация работ в выемочном поле (блоке) в этом случае достигается за счет ведения работ по выемке одновременно в нескольких подэтажах.
Предлагаемый способ с применением буроштрековой системы разработки позволяет значительно повысить концентрацию работ в выемочном поле (блоке), осуществлять одновременно ведение работ в нескольких подэтажах со значительной скоростью их продвигания при применении малогабаритных, легкоперемещаемых и монтируемых, однотипных для условий всего диапазона разрабатываемых пластов средств механизации всего комплекса работ. Указанные преимущества предлагаемого способа позволяют значительно повысить производительность и безопасность труда при снижении трудовых и материальных затрат и незначительном уровне потерь угля.
Формула изобретения: Буроштрековый способ подземной разработки наклонных, крутонаклонных и крутых угольных пластов, включающий деление выемочного поля на подэтажи проведением горизонтальных выработок, выемку угля бурением скважин прямого хода с транспортных выработок на вентиляционные штреки, разбуриванием скважин обратным ходом и последующим извлечением межскважинных целиков, отличающийся тем, что выемку угля в подэтаже осуществляют слоями, рассредоточивания операции бурения и разбуривания скважин и извлечение межскважинных целиков по простиранию и по мощности пласта, при этом извлечение межскважинных целиков производят путем разрушения за счет горного давления или располагаемых в скважинах на канатах раздавливающих гидравлических устройств, перемещая их в слое снизу вверх и от почвы к кровле в слоях.