Способ селективной выемки пластов полезных ископаемых и устройство для его осуществления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(73) Патентообладатель Морев Аркадий Борисович(57) 1. Способ селективной выемки пластов полезных ископаемых, состоящих из двух слоев полезного ископаемого и расположенного между ними породного прослоя, включающий выемку уступчатым забоем в лаве перемещающимся по ставу забойного конвейера очистным комбайном с тремя исполнительными органами двух слоев полезного ископаемого при движении комбайна в одну сторону и породного прослоя при движении в обратную, отличающийся тем, что при выемке слоев полезного ископаемого в породном прослое формируют опережающим исполнительным органом ниши для обеспечения возможности размещения в них двух других исполнительных органов при задвижке комбайна на новую дорогу в конце лавы, в крайнем положении комбайна в лаве опережающий исполнительный орган выводят из зоны образованного уступа, а два других исполнительных органа совмещают со сформированными нишами, задвигают к забою по всей длине лавы конвейер и при обратном ходе комбайна извлекают породный прослой, в крайнем положении комбайна в противоположном конце лавы заводят в забой верхнего слоя опережающий исполнительный орган и начинают следующий очистной цикл. 2. Устройство для селективной выемки пластов полезных ископаемых, состоящих из двух слоев полезного ископаемого и расположенного между ними породного прослоя, включающее механизированную крепь,забойный конвейер, закладочную установку и очистной комбайн, оснащенный укрепленными на подвижных рукоятях тремя исполнительными органами, выполненными в виде режущих шнеков с погрузочными щитками, один из которых смещен относительно двух других в сторону забоя на величину не менее полезного 3281 1 захвата и по диаметру соответствует толщине верхнего слоя полезного ископаемого, отличающееся тем,что рукоять смещенного в сторону забоя исполнительного органа выполнена не менее чем из двух шарнирно соединенных между собой частей с возможностью перемещения исполнительного органа из опережающего забоя верхнего слоя полезного ископаемого в зону прохода корпуса комбайна по лаве, причем диаметр шнеков, предназначенных для выемки нижнего слоя полезного ископаемого и породного прослоя, выполнен не превышающим величину суммы толщин верхнего слоя полезного ископаемого и породного прослоя.(56) 1. Патент ФРГ 2914897, МПК Е 21 С 327/00, 1979. 2. Калугин П.А., Морев А.Б. Горные машины фирмы Айкхофф на калийных рудниках Беларуси,ГНПМП Информпрогресс, 1994. 3. Калугин П.А., Морев А.Б. Перспективы развития технологии и средств очистной выемки калийных солей // Горный журнал. - 1991. -11. - С. 22-24 (прототип). Изобретение относится в горной промышленности и может быть использовано при разработке длинными очистными забоями пластов полезных ископаемых (ПИ), состоящих из двух слоев ПИ и расположенного между ними породного прослоя (ПП), например при разработке Старобинского месторождения калийных солей. Известен способ селективной выемки пластов ПИ, состоящих из двух слоев ПИ и расположенного между ними ПП. Выемку ПИ ведут в лаве уступчатым забоем при помощи устройства в следующем составе механизированная крепь, очистной комбайн (К), забойный конвейер для доставки ПИ и ПП, закладочная установка. Очистной К выполнен с тремя исполнительными органами (ИО). Два крайних ИО на величину полезного захвата опережают средний ИО и по высоте соответствуют мощности верхнего слоя ПИ. Выемку ПИ и ПП ведут одновременно. Верхний слой ПИ извлекают первым по ходу движения ИО. Средним ИО извлекают нижний слой ПИ и грузят отбитое ПИ двух слоев на забойный конвейер. Породный прослой извлекают отстающим ИО и складируют на почве между забоем и бортом забойного конвейера. В конце лавы, совершая возвратно-поступательные движения, осуществляют зарубку К на новую дорогу. Предусматривается разрушенный ПП, размещенный на почве пласта, направлять на забойный конвейер с помощью лемеха, укрепленного на конвейерном ставе, и гидропередвижчика. Конвейером ПП транспортируется далее к закладочной установке 1. Недостатками рассматриваемого аналога являются ограниченная область применения способа, исключающая возможность использования его при выемке руд с высокой плотностью, например калийных ухудшение качества добываемого ПИ снижение производительности очистного забоя. Указанные недостатки обусловлены следующим. При добыче руд с высокой плотностью, например калийных, осуществить погрузку на забойный конвейер размещенного на почве пласта ПП с помощью лемехов на ставе конвейера и гидропередвижчика при задвижке конвейера на новую дорогу, как показал опыт эксплуатации аналогичного оборудования в калийных забоях ПО Беларуськалий, не представляется возможным. Снижение качества добываемого ПИ происходит в связи с тем, что разрушаемое в забое уступа ПИ направляется вначале на почву пласта, а затем перегружается с определенными потерями на забойный конвейер. Поскольку полная погрузка ПИ на конвейер не обеспечивается, происходит разубоживание руды в забое. Снижение качества добываемого ПИ происходит также при заезде К па новую дорогу косым заездом, так как при этом на участке косого заезда (25-30 м) выемка руды ведется по валовой технологии (без разделения ПИ и ПП). При зарубках К косым заездом по концам лавы вынимают пласт на полную мощность (целик) за несколько проходов К, что приводит к потере производительности. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ селективной выемки пласта, состоящего из двух слоев ПИ и расположенного между ними ПП, используемый при разработке Старобинского месторождения калийных солей. Выемку ПИ ведут в лаве уступчатым забоем устройством в следующем составе механизированная крепь, очистной К, забойный конвейер и закладочная установка. Очистной К выполнен с тремя ИО. Средний ИО опережает в сторону забоя два других ИО и по высоте соответствует мощности верхнего слоя ПИ. Забойный конвейер обеспечивает доставку к транспортному штреку ПИ или к закладочной установке разрушенный ПП. Призабойное пространство поддерживается механизированной крепью. Перед началом очистных работ в сплошном забое по верхнему слою ПИ формируют уступ на глубину полезного захвата. После образования уступчатого забоя начинают селективную выемку пласта. При прямом ходе К извлекают ПП, который из уступа направляют на 2 3281 1 почву пласта и погрузочными средствами К грузят на забойный конвейер и далее транспортируют к месту закладки. В конце лавы осуществляют косым заездом зарубку К на новую дорогу. При этом выемку ПИ и ПП на этом участке лавы осуществляют по валовой технологии. После выполнения концевых операций очистной цикл повторяется 3. Недостатком рассматриваемого способа селективной выемки является необходимость поддержания увеличенной на глубину уступа по вертикальному слою ширины призабойного пространства лавы. Недостатками прототипа являются ухудшение качества добываемого ПИ снижение производительности очистного забоя ухудшение условий поддержания призабойного пространства. Указанные недостатки обусловлены следующим. При осуществлении зарубки К на новую дорогу косым заездом осуществляется валовая выемка ПИ,что существенно снижает качество добываемого ПИ. Кроме того, при извлечении ПП предусматривается выгрузка его из уступа на почву пласта между конвейером и забоем, а затем погрузка его погрузочными устройствами К на забойный конвейер. При этом неизбежно часть ПП остается на почве пласта, смешивается при обратном ходе К с ПИ, что также приводит к ухудшению качества добываемого ПИ. Зарубка косым заездом весьма трудоемкая операция и приводит к существенному снижению производительности К. Селективная выемка ПИ уступчатым забоем по рассматриваемой технологии приводит к увеличению ширины призабойного пространства на глубину уступа (величину полезного захвата К). Это, соответственно,увеличивает незакрепленное пространство между забоем и крепью, что отрицательно сказывается на безопасности ведения работ в лаве и накладывает ограничения на область применения способа по условиям устойчивости кровли. При этом увеличиваются также нагрузки на забойную крепь, что снижает надежность ее работы и ведет к дополнительным затратам на ее приобретение и эксплуатацию. Задачей изобретения является улучшение качества добываемого полезного ископаемого и повышение производительности очистного забоя за счет исключения из добычного цикла технологической операции по зарубке комбайна косым заездом и более эффективного разделения ПИ и ПП в забое, повышение эффективности поддержания призабойного пространства за счет уменьшения его ширины. Для решения указанной задачи заявляемое изобретение - способ селективной выемки пластов полезных ископаемых, состоящих из двух слоев ПИ и расположенного между ними ПП, включает выемку уступчатым забоем в лаве перемещающимся по ставу забойного конвейера очистным К с тремя исполнительными органами двух слоев ПИ при движении К в одну сторону и ПП при движении в обратную. При выемке слоев ПИ в ПП формируют опережающим ИО ниши для возможного размещения в них двух других ИО при задвижке К на новую дорогу в конце лавы. В крайнем положении К в лаве опережающий ИО выводят из зоны образованного уступа, а два других ИО совмещают со сформированными нишами. Задвигают к забою по всей длине лавы конвейер и при обратном ходе К извлекают ПП. В крайнем положении комбайна в противоположном конце лавы заводят в забой верхнего слоя опережающий ИО и начинают следующий очистной цикл. Заявляемый способ селективной выемки ПИ осуществляется следующим образом. Выемку ведут уступчатым забоем в лаве перемещающимся по ставу забойного конвейера очистным К с тремя ИО. Управление кровлей в лаве осуществляют механизированной крепью. Перед началом очистных работ в сплошном забое по верхнему слою ПИ опережающим ИО формируют уступ глубиной не менее полезного захвата К. При подходе К к бортовому штреку этим же ИО в ПП формируют ниши для возможного размещения в них двух других ИО и при задвижке К на новую дорогу. В подготовленном таким образом забое осуществляют селективную выемку. В крайнем положении К в противоположном конце лавы опережающий ИО выводят из забоя. Два других ИО совмещают со сформированными в ПП нишами и задвигают к забою на всей длине лавы конвейер. При обратном ходе К извлекают ИО ПП и грузят его непосредственно на придвинутый к забою конвейер для доставки к месту закладки. После прохода К передвигают секции механизированной крепи. При подходе К к необработанному опережающим ИО участку лавы верхнюю часть пласта в уступе извлекают первым по ходу движения К исполнительным органом, подняв его в верхнее положение к кровле пласта. После выхода на бортовой штрек указанного ИО его опускают до почвы пласта и заводят в забой верхнего слоя опережающий ИО. Затем изменяют направление движения К, извлекают два слоя ПИ и при подходе К к бортовому штреку формируют опережающим ИО ниши. Далее селективную выемку ведут повторяющимися циклами. Заявляемый способ селективной выемки пластов полезных ископаемых может быть реализован с помощью предлагаемого устройства. Заявляемое устройство направлено на осуществление способа селективной выемки пластов ПИ, обеспечивающего улучшение качества добываемого ПИ, повышение производительности селективной выемки и повышение эффективности поддерживания призабойного пространства. 3281 1 Известно устройство для селективной выемки пластов ПИ с расположением в средней части ПП. В состав устройства входит основное оборудование механизированная крепь, забойный конвейер для доставки ПИ и ПП, закладочная установка и очистной К. Очистной К оснащен тремя ИО, выполненными в виде режущих шнеков (Ш) с погрузочными щитками. Последние представляют собой перекидные погрузочные щитки. Два крайних Ш соответствуют мощности верхнего слоя ПИ и опережают в сторону забоя средний Ш на величину полезного захвата. Описание работы устройства приведено при рассмотрении аналога к первому пункту формулы изобретения 1. Недостатки рассматриваемого устройства присущи также способу селективной выемки и описаны выше при рассмотрении аналога к первому пункту формулы. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для селективной выемки пластов ПИ, состоящих из двух слоев ПИ и расположенного между ними ПП. Устройство состоит из механизированной крепи, очистного К, забойного конвейера для поставки ПИ и ПП, закладочной установки. Комбайн оснащен тремя ИО, выполненными в виде режущих шнеков (барабанов) с погрузочными щитками. Средний Ш опережает в сторону забоя на величину полезного захвата два других Ш и по диаметру соответствует мощности верхнего слоя ПИ. Описание работы устройства для селективной выемки приведено выше при рассмотрении прототипа к первому пункту формулы изобретения 3. Недостатки устройства, выбранного в качестве прототипа, присущи также способу селективной выемки и описаны выше при рассмотрении прототипа к первому пункту формулы. Поставленная задача - улучшение качества добываемого ПИ и повышение производительности очистного забоя - достигается тем, что в устройстве для осуществления способа, включающем механизированную крепь, забойный конвейер, закладочную установку и очистной комбайн, оснащенный укрепленными на подвижных рукоятях тремя исполнительными органами, выполненными в виде режущих шнеков с погрузочными щитками, один из которых смещен относительно двух других в сторону забоя на величину не менее полезного захвата и по диаметру соответствует толщине верхнего слоя полезного ископаемого. Рукоять смещенного в сторону забоя исполнительного органа выполнена не менее чем из двух шарнирно соединенных между собой частей с возможностью перемещения исполнительного органа из опережающего забоя верхнего слоя полезного ископаемого в зону прохода корпуса К по лаве. Диаметр шнеков, предназначенных для выемки нижнего слоя ПИ и ПП, выполнен не превышающим величину суммы толщин верхнего слоя полезного ископаемого и породного прослоя. Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована при подземной селективной выемке ПИ из пластов, состоящих из двух слоев ПИ и расположенного между ними ПП, например на Старобинском месторождении калийных солей (второй калийный пласт верхний и нижний сильвинитовые слои третий калийный пласт сильвинитовые слои П-Ш), с получением технического результата, заключающегося в обеспечении улучшения качества добываемого ПИ,повышения производительности селективной выемки и повышения эффективности поддержания призабойного пространства. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано расположение оборудования в лаве,исходное положение К и заводка в верхний слой смещенного в сторону забоя ИО на фиг. 2 - вид сверху соответственно на фиг. 1 на фиг. 3 - конфигурация забоя по разрезу А-А на фиг. 1 соответственно на фиг. 4 схема обработки забоя при выемке верхнего слоя ПИ и образования ниш в ПП на фиг. 5 - конфигурация забоя в месте образования ниш и положение ИО перед задвижкой К, разрез по Г-Г на фиг. 4 соответственно на фиг. 6 - положение К и конвейера при задвижке К на новую дорогу, вид сверху на фиг. 7 - схема обработки забоя при выемке ПП на фиг. 8 - вид сверху на комбайн при выемке ПИ на фиг. 9 - расположение оборудования в забое при выемке ПИ, вид по стрелке К на фиг. 8 соответственно на фиг. 10 -расположение оборудования в забое при выемке ПП. Устройство для селективной выемки пластов ПИ включает забойный конвейер 1, очистной К 2 (фиг. 1,2), механизированную крепь 6 (фиг. 9) и закладочную установку (на фиг. не показана). Комбайн оснащен тремя ИО -3, 4 и 5 (фиг. 1-7), которые состоят соответственно из режущих шнеков 7, 8, 9 и перекидных погрузочных щитков 10, 11 и 12 (фиг. 8-10). ИО 3 смещен относительно двух других 4 и 5 в сторону забоя на величину не менее полезного захвата К. ИО 4 и 5 укреплены на рукоятях 13 и 14 (фиг. 8), соединенных с корпусом К 17 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, например, при помощи гидродомкратов 15 и 16 (фиг. 8). ИО 3 с приводом 18 укреплен на рукояти, состоящей, например, из двух составных частей 19 и 20, соединенных между собой шарнирным соединением 21. Составная часть рукояти 19 соединена с корпусом К 17 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, например, при помощи гидродомкрата 22 (фиг. 8). Составная часть рукояти 20 при помощи гидродомкрата 23 может поворачиваться вокруг оси шарнирного соединения 21 в плоскости пласта с возможностью перемещения ИО 3 из опережающего забоя верхнего слоя ПИ в зону прохода корпуса К 17 по лаве (фиг. 1, 2, 8, 9). 3281 1 Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Добычной цикл начинают с формирования в сплошном забое по верхнему слою ПИ исполнительным органом 3 уступа глубиной не менее полезного захвата К (фиг. 1-3, 8, 9). При подходе к бортовому штреку этим же ИО формируют ниши для возможного размещения в них ИО 4 и 5 при задвижке К на новую дорогу (фиг. 4, 5, 6). В подготовленном таким образом забое начинают повторяющимися циклами селективную выемку. В крайнем положении К опережающий ИО 3 при помощи гидродомкратов 22 и 23 выводят из забоя (фиг. 6, 8). Два других ИО 4 и 5 при помощи гидродомкратов 15 и 16 совмещают со сформированными в ПП нишами и задвигают к забою на всей длине лавы конвейер 1 с комбайном 2 (фиг. 4, 5, 6, 8). При обратном ходе К (движение по стрелке ПП, фиг. 7) ИО 4 и 5 извлекают ПП и грузят его непосредственно на придвинутый к забою конвейер 1(фиг. 7, 10). После прохода К передвигают секции механизированной крепи 6. При подходе К к необрабатываемому опережающим ИО 3 участку лавы верхнюю часть пласта в уступе извлекают ИО 4, подняв его посредством рукояти 13 и гидродомкрата 15 к кровле пласта. После выхода на бортовой штрек ИО 4 его опускают до почвы пласта, заводят в забой верхнего слоя ИО 3, используя для этого рукояти 19 и 20 и гидродомкраты 22 и 23. Затем изменяют направление движения К (движение по стрелке ПИ), извлекают два слоя ПИ - верхний ИО 3, а нижний - ИО 4 и 5 (фиг. 8, 9). При подходе К к бортовому штреку формируют ИО 3 ниши, опуская до границы нижнего слоя ПИ ИО 3 при помощи рукояти 20 и гидродомкрата 22 (фиг. 4,5, 8). Далее селективную выемку ведут повторяющимися циклами. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 6