Способ разработки угольных пластов и выемочный агрегат для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) 21 С.41/18, Е 21 О 23/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нЫХ ЛЯ 33 0 ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт горного дела им. А.А.СкочСкого(56) Авторское свидетельство СССР(54) С ПО СО Б РАЗ РА Б ОТКИ УГОЛ Ь НПЛАСТОВ И ВЫЕМОЧНЫЙ АГРЕГАТ ДЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горному ди позволяет повысить эффективность б люднои выемки весьма тонких угольных пластов за счет механизированной выемки, проведения и крепления подготовительно-нарезных выработок. Весьма тон кий угольный пласт подготавливают вентиляционным и откаточным штреками 1 и 2, Затем между ними проводят первоначальную разрезную подготовительную выработку (ПВ). На откаточном штреке монтируют выемочный агрегат, По мере очистной выемки вслед за лавой в выработанном пространстве со стороны пласта проводят дополнительную нарезную ПВ буровым органом 9. При этом ее крепят г,аредвижными секциями 3 обсадной крепи. Уголь из лавы выдают на откаточный штрек по дополни 17002381700238 ставитель С, Сопиред М.Моргентал ктор И, Муска ор В. Бугренкова Ре ГКНТ ССС инат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 оизводственно-издательск каз 4452 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти .113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/51700238 тельной ПВ, По мере проведения дополнительной ПВ по обеим сторонам от нее возводят длинномерные оградительноподдерживающие элементы (ПЭ) 10 и 11. Выемочный агрегат состоит из исполнительного шнекового органа б и линейных секций 7 призабойной механизированной крепи. Крепь 4 сопряжений содержит приемно-кусковые платформы 5, на которых закреплены ПЭ 10 и 11. Передвижные секции 3 крепи выполнены в виде отрезков несущих стальных труб. На них закреплены распорные пневматические баллоны и гидродомкраты передвижения, Концевая секция 8 Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для безлюдной выемки весьма тонких угольных пластов в разнообразных горногеологических условиях.Цель изобретения - повышение эффективности безлюдной выемки весьма тонких угольных пластов за счет механизированной выемки, проведения и крепления подготовительно-нарезных выработок,На фиг.1 изображен начальный этап выемки весьма тонкого угольного пласта (1, 2 - участковые подготовительные выработки);3 - передвижные секции обсадной крепи; 4 - крепи сопряжения устьев скважин с участковыми подготовительными выработками; 5 - приемно-пусковые платформы; б - исполнительный орган выемочного агрегата; 7, 8 -линейные и концевая секции призабойной механизированной крепи; 9 - исполнительный орган бурового типа для проведения вновь.нареэаемой подготовительной скважины); на фиг.2 - положение очистного забоя и выемочного агрегата в конце отработки первой выемочнойполосы (10; 11 - длинномерные оградительно-поддерживающие элементы и их активные и пассивные ветви соответственно; 12 обводяще-герметизирующие устройства; 13 - аккумулирующие барабаны); на фиг.3 и 4 - положения выемочного агрегата и состояние добычного участка при выемке вертикальными и диагональными полосами соответственно в процессе отработки угольного пласта обратным ходом; на фиг.5 и 6 - положения добычного участка с проведением одной иэ участковых подготовительных выработок после очистных работ; на фиг.7 - технологическая схема выемки весьма тонкого полого пласта, при которой проведение обеих участковых подготовительных призабойной механизированной крепи снабжена исполнительным буровым органом 9, выполненным в виде полого конического барабана, имеющего корпус и винтовые лопасти с установленным на них режущим инструментом. К секции 8 закреплены также огибающе-герметизирующие устройства 12, которые размещены по обе стороны от исполнительного бурового органа 9. С устройством 12 связаны ПЭ.10 и 11 для возможности перекатывания по нему. Исполнительный орган 6 выполнен с противоположным направлением винтовой линии лопастей шнека, 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил. выработок осуществляется после выполнения очистных работ; на фиг,8 - секция передвижной крепи обсадного типа для крепления подготовительных скважин (где 5 13 - аккумулирующие барабаны как несущая стальная труба большого (300 - 500 мм) диаметра; 14 - пневматические распорные баллоны; 15 - зажимные и герметизирующие кольца; 16 - направляющие стержни и 10 17 - гидродомкраты передвижения); нафиг,9 - исполнительныйорган бурового типа в виде полого конического барабана (где 18 - корпус барабана; 19 - винтовые лопасти с установленным нэ них режущим инст рументом; 20 - приводная звездочка и 21 -опорные подшипники).Способ безлюдной выемки весьма тонких угольных пластов реализуется следующим образом.20 Весьма тонкий угольный пласт крутогопадения независимо от принятой системы и направления его отработки подготавливают вентиляционным и откаточным штреками 1, 2, Затем между откаточным и вентиляцион ным штреками проводят первоначальнуюразрезную подготовительную выработку, имеющую диаметр в 1,5 - 2 раза больший мощности пласта, в которую с одной из участковых подготовительных выработок под ают секции передвижной крепи 3 обсадноготипа, осуществляя таким образом надежное крепление первоначальной подготовительной выработки по всей ее длине, На сопряжениях выработок также устанавливают 35 передвижные крепи 4 сопряжений; имеющие приемно-пусковые платформы 5 для механизированной подачи и извлечения секций 3 крепи подготовительных выработок; а также другие вспомогательные уст ройства и приспособления для выполнениямонтажно-демонтажных работ.этой технологической схемы достаточно первоначальную подготовительную выработку провести не перпендикулярно, а под некоторым, диктуемым конкретными горно- геологическими условиями, углом,При отработке весьма тонкого крутого угольного пласта, вскрытого и подготов-, ленного только одной откаточной выработкой, например, откаточным штреком, штреком 2 проводят первоначальную подготовительную выработку и закрепляют ее секциями обсадной крепи. Далее осуществляют на нижнем, откаточном штреке монтаж в угольном пласте оборудования лавы и 15 ведут выемку полосы угля в первом выемочном цикле до тех пор, пока выемочный агрегат не выйдет на уровень верхнего - вентиляционного штрека, После этого начинают демонтировать оборудование лавы и одновременно вслед за демонтируемым оборудованием осуществляют проведение (наращивание) вентиляционного штрека, В результате полного демонтажа оборудования лавы и перехода крепи 4 сопряжения верхнего штрека на устье вновь нарезанной подготовительной скважины выемочный цикл заканчивается и приступают к осуществлению нового выемочного цикла в описанном выше порядке.При отработке весьма тонкого полого угольного пласта способ применим, когда обе участковые подготовительные выработки проводят одновременно с очистными работами и при этом сведены к минимуму другие подготовительно-заключительные операции между выемочными циклами. Для этого после вскрытия пласта подготовительными выработками и проведения первоначальной подготовительно-нарезной вьфаботки один из штреков, например откаточный, удлиняют на величину, равную длине лавы, после чего монтируют в пласте оборудование лавы и производят добычу угля в первом выемочном цикле. При выходе лавы на линию вентиляционного штрека осуществляют демонтаж оборудования лавы и проведение вслед за ним самого вентисопряжения вентиляционного штрека достигает устья вновь нарезанной подготовительной выработки, полностью закрепленной секциями передвижной крепи 3 со встроенными в них участками шнекового става для выдачи угля от лавы на для движения лавы в оорзтном направлении, т.е, от вентиляционного штрека к откаЗатем внизу на откаточном штреке вугольном пласте монтируют исполнительный орган выемочного агрегата б, линейныеи концевую секции призабойной механизированной крепи 7 и 8, На концевой секции 58 в нижней ее части, т.е, со стороны откаточного штрека, устанавливают исполнительный орган бурового типа 9. На крепи 4сопряжения откаточного штрека закрепляют неподвижно два оградительно-поддерживающих элемента 10 по обе стороны отоси вновь нарезаемой подготовительнойвыработки. Пассивные ветви 11 этих элементов огибают обводяще-герметизирующие устройства 12, установленные наконцевой секции крепи 8 лавы. Другие концы пассивных ветвей 11 закреплены на аккумулирующих барабанах 13, имеющих напусковой платформе 5 крепи сопряженияоткаточного штрека. После этого включают 20в работу.выемочный агрегат и осуществляют добычу угля. По мере подвигания лавы изпервоначальной подготовительной выработки передвижные секции 3 крепи выдаютсяс помощью приемно-пусковой платформы 5 25крепи 4 сопряжения вентиляционногоштрека 1, а сама подготовительная выработка погашается, Одновременно вслед заперемещением и риза бойной механизированной крепи лавы исполнительный орган 9 30разбуривает боковые породы и осуществляеттем самым проведение вновь нарезаемойподготовительной выработки, в которую сприемно-пусковой платформы откаточного штрека подаются секции обсадной крепи, а по обеим сторонам отподготовительной выработки устанавливаются дистанционно-возводимые оградительно-поддерживающие элементы. Привыходе оборудования лавы на вентиляционный штрек его демонтируют и выемочныйцикл на этом заканчивается, а само оборудование лавы доставляют вниз на откаточный штрек для подготовки и осуществлениянового выемочного цикла. Таким образом, в 45результате выполнения первого выемочного цикла первоначальная подготовительнаявыработка оказывается полностью пога- ляционного штрека. Когда крепь 4 шенной, но при этом одновременно и получена вновь нарезанная подготовительная 50выработка на всю высоту этажа, надежнозакрепленная секциями передвижной крепи, Длин номе рн ые оградител ьно-поддерживающие элементы при этом могут бытьснятысразу же либо в другой подходящий 55 откаточный штрек, проведение вентиляцимомент времени. онного штрека продолжают еще на величи - При работе в условиях крутых пластов ну, равную длине лавы, Далее производят со слабыми исклонными к высыпанию угля- монтаж оборудования выемочного агрегата ми выемку ведут не вертикальными, а диагональными полосами. Для реализации5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 точному. При этом выдачу угля из лавц осуществляют на откаточный штрек по предшествующей подготовительно-нарезной выработке. В конце второго выемочного цикла, т.е. при выходе лавы на линию откаточного штрека, демонтируют оборудования лавы и проводят вслед за этим откаточный штрек.После достижения крепыш 4 сопряжения откаточного штрека устья вновь нарезанной подготовительной выработки, откаточный штрек вновь удлиняют на величину, равную длине лавы, и приступают к осуществлению третьего выемочного цикла. Осуществляя выемочные циклы в описанной последовательности, отрабатывают угольный пласт на необходимую длину выемочного столба,Выемочный агрегат для реализации способа включает в себя передвижные секции обсадной крепи 3 подготовительных скважин, крепи 4 сопряжений устьев скважин со штреками, на которых установлены приемно-пусковые платформы 5; исполнительный орган 6, линейные секции призабойной механизированной крепи 7 и концевую секцию 8; исполнительный орган 9 бурового типа для проведения вновь нарезаемой подготовительной скважины, 10 и 11 - длин номерные оградительно-поддерживающие элементы, выполненные в виде длин номерной пневматической оболочки и имеющие диаметр, превышающий мощность вынимаемого угольного пласта, с активной и пассивной ветвями соответственно; обводяще-герметизирующие устройства 12, установленные на концевой секции 8 призабойной механизированной крепи в лаве; аккумулирующие барабаны 13, установленные на приемно-пусковой платформе 5 крепи 4 сопряжения откаточного штрека, а также набор типового энерго-механического оборудования, систем и средств управления.Передвижные секции обсадной крепи 3 скважин выполнены в виде отрезков, несущих стальных труб большого (порядка 300 - 500 мм) диаметра, на которых установлены пневматические баллоны 14, представляющие собой, например, примерно такой же длины отрезки шахтной вентиляционной трубы, закрепленной жестко по концам несущей стальной трубы зажимными и герметизирующими полукольцами (кольцами) 15. Для придания пневматическим баллонам 14 формы, обеспечивающей рациональное их взаимодействие как со стальной несущей трубой, так и с боковыми породами скважины, внутрь пневмобаллонов перед их сборкой заведены направляющие стержни 16, фиксируемые, например, теми же зажимными и герметизирующими кольцами 15. Механизированное передвижение секций по скважинам осуществляется гидродомкратами 17, располагаемыми снаружи стальной несущей трубы 13 между пневматическими баллонами 14.Буровой орган 9 для проведения вновь нарезаемой подготовительной скважины выполнен в виде полого конического барабана, имеющего корпус 18, винтовые лопасти 19 с установленным на них режущим инструментом и имеет приводную звездочку 20, а также опорные подшипники 21.Выемочный агрегат работает следующим образом,После того, как закончен предыдущий выемочный цикл и вновь нарезанная подготовительная выработка полностью закреплена передвижными секциями обсадной крепи 3, а крепи сопряжений 4 штреков . с приемно-пусковыми платформами 5 разместились у соответствующих нарезных выработок начинают монтаж оборудования лавы, При этом исполнительный выемочно-доставочный орган 6, выполненный в виде шнека по всей длине лавы и состоящий из участков, длиной примерно равной ширине секций призабойной механизированной крепи, подвешивается тем или иным образом к базовой конструкции линейных и концевой секции крепи 8. Если оборудование лавы монтируется для движения его от откаточного штрека к вентиляционному, то концевой участок исполнительного органа 6 под концевой секцией крепи 8 устанавливается таким образом, что направление винтовой линии его лопастей является противоположным по сравнению с остальной частью лавы. Если же комплекс оборудования лавы будет двигаться от вентиляционного штрека к откаточному, то все участки исполнительного органа 6 монтируются в согласном направлении винтовой линии лопастей шнека и притом таком, чтобы транспортировка угля вдоль лавы осуществлялась к предшествующей подготовительной выработке.Кроме того, если отрабатывается поло.гий угольный пласт, то секции передвижной крепи подготовительной выработки 3 дополнительно снабжаются встроенными внутрь их секциями шнекового става для транспортировки угля по выработке на откаточный штрек.Исполнительный орган 6 фронтально подается на забой, в результате чего происходит отбойка угля и его транспортировка вдоль линейных секций крепи 7 к концевой секции 8 и далее в свободное пространство10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в ней и через полый барабан бурового исполнительного органа 9 во вновь нарезаемую подготовительную выработку, закрепленную передвижными секциями обсадной крепи 3, Поскольку при этом секции крепи 3 выработки являются полностью передвинутыми (сомкнутыми), то вновь нарезаемая подготовительная выработка обеспечивает при крутом залегании пласта практически идеальные условия для выдачи угля от лавы на откаточный штрек. После фронтальной выдвижки исполнительного органа на необходимый шаг вместе с базой механизированной крепи и обработки им пласта на всю мощность, например, обычным качанием вверх-вниз, производится путем дистанционного управления передвижение по той или иной схеме линейных 7 и концевой 8 секций призабойной механизированной крепи к базе,В результате передвижения (подтягивания) концевой секции крепи 8 исполнительный орган 9, установленный на ней сзади, т.е. со стороны выработанного пространства, осуществляет разбуривание боковых пород и проведение таким образом вновь нарезаемой подготовительной выработки. При этом идет одновременно наращивание длинномерных оградительно-поддерживающих элементов для дополнительной охраны вновь нарезаемой подготовительной выработки. Так как активные ветви элементов 10 одними концами закреплены неподвижно на крепи 4 сопряжения откаточного штрека,.а с другой стороны, загерметизированы, например, путем зажатия на обводяще-герметизирующих устройствах 12, установленных на концевой секции крепи 8, то при подтягивании последней с аккумулирующих барабанов .13 в лаву поступают холостые ветви 11 длинномерных оградительно-поддерживающих элементов 10. После полного подтягивания секции 8 на устройствах 12, например, путем перехвата, происходит герметизация подвижного конца активных ветвей 10 в другом месте. Поэтому, за счет того, что активные ветви 10 могут быть постоянно подключены к источнику сжатого воздуха или подключаются к нему по мере необходимости, обеспечивается дополнительная охрана вновь нарезаемой подготовительной выработки и защита от попадания к ней обрушающихся боковых пород из выработанного пространства, а также от возможных высыпэний угля из пласта.,После окончания подтягивания концевой секции 8 производится передвижение секций обсадной крепи 3 во вновь нарезаемой подготовительной выработке и подача а нее последующей секции с пусковой платформы 5 крепи 4 сопряжения откаточного штрека. Передвижение секций может осуществляться, например, простейшим последовательно-групповым способом Первоначально разгружаются все нечетные секции и в их домкраты 17 передвижения подается давление рабочей жидкости. По окончании передвижения всех нечетных секций 3 подается давление сжатого воздуха в их пневмобаллоны, Затем аналогичным образом подтягиваются все остальные, т,е. все четные секции 3. Выдача секций обсадной крепи 3 из предшествующей подготовительной выработки может совмещаться во времени с выемкой угля в лаве или выполняться в какие-то другие более подходящие моменты времени,Проведение вновь нарезаемой подготовительной выработки обеспечивается исполнительным органом 9, например, бурового типа, выполненного в виде полого конического барабана 18, на винтовых лопастях 19 которого устанавливается режущий инструмент. Вращение исполнительного органа 9 осуществляется через приводную звездочку 20 от основного исполнительного органа 6 или от вспомогательного привода. Конический барабан 18 устанавливается с помощью опорных подшипников 21 на элементах концевой секции крепи 8.Использование предлагаемых способа разработки и конструкции выемочного агрегата позволяет осуществить безлюдную выемку весьма тонких пологих и крутых пластов, в которых сосредоточены значительные запасы высококачественных углей и которые в настоящее время почти не раз. ра баты ва ются.оФормула изобретения 1. Способ разработки угольных пластов, включающий проведение откаточного и вентиляционного штреков, нарезной подготовительной выработки, выемку угля лавами от откаточного до вентиляционного штрека,транспортировку угля по лаве и его выдачу на откаточный штрек, механизированное крепление и управление кровлей в выработанном пространстве, о т л и ч.а ю щ и й с я тем, что, целью повышения эффективности безлюдной выемки весьма тонких угольных пластов за счет механизированной выемки, проведения и крепления подготовительных нарезных выработок, по мере очистной выемки вслед за лавой в выработанном пространстве со стороны пласта проводят дополнительную нарезную подготовительную выработку, которую крепят передвижными секциями крепи, при этом выдачу угляна откаточный штрек ведут по указанной нарезной подготовительной выработке.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что по мере проведения дополнительной нарезной подготовительной выработки по обеим сторонам от нее возводят длинно- мерные оградительно-поддерживающие элементы крепи.3. Способпоп 1,отличающийся тем, что откаточный и вентиляционный штреки проводят по мере очистной выемки угольного пласта.4. Выемочный агрегат для разработки угольных пластов, включающий секции призабойной механизированной крепи и кинематически связанный с ним шнековый исполнительный орган, приемно-пусковые платформы и длинномерные оградительноподдерживающие оболочки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности безлюдной выемки весьма тонких угольных пластов за счет механизированной выемки, проведения и крепления подготовительных нарезных выработок, он снабжен дополнительными передвижными секциями крепи обсадного типа, которые выполнены в виде отрезков несущих стальных труб, на которых закреплены распорные пневматические баллоны и 5 гидродомкраты передвижения, а концеваясекция призабойной механизированной крепи снабжена исполнительным органом бурового типа, выполненным в виде полого конического барабана с режущим инстру ментом и огибающе-герметизирующими устройствами, установленными по обе стороны от исполнительного органа бурового типа, при этом длинномерные огради- тельно-поддерживающие оболочки 15 установлены с возможностью перекатывания по огибающе-герметизйрующему .устройству, а исполнительный орган выемочного агрегата выполнен с противоположным направлением винтовой линии 20 лопастей шнека.5. Агрегат по п.4, о т л и ч а ю щи й с ятем, что дополнительные передвижные секции крепи обсадного типа снабжены вращающимся шнековым ставом, привод которого 25 установлен на пусковых платформах.