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) Патентообладатели Морев Аркадий Борисович,Томчин Лазарь Ильич, Смычник Анатолий Данилович, Тихонов Валерий Макарович(57) 1. Способ селективной выемки пластов полезных ископаемых, включающий выемку верхнего слоя полезного ископаемого опережающей верхней лавой, нижних слоев полезного ископаемого отстающей нижней лавой, а также подготовку добычного участка двумя бортовыми и средним вентиляционным штреками, отличающийся тем, что штреки добычного участка проходят по нижним слоям полезного ископаемого и соединяют бортовые штреки со сторон, примыкающих к нижней лаве, с верхней лавой отрезными щелями с опережением забоем отрезной щели забоя верхней лавы, разрушаемый в отрезной щели породный прослой доставляют по штрекам к месту закладки, а полезное ископаемое из верхней лавы направляют через отрезную щель на расположенное на бортовом штреке транспортное средство, при этом забой в месте нахождения приводов забойного конвейера обрабатывают и разрушаемую горную массу направляют по почве лавы к опережающей части отрезной щели исполнительными органами выемочных комбайнов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средний штрек соединяют с верхней лавой отрезной щелью с отставанием забоя отрезной щели не менее чем на величину полезного захвата комбайна от забоя верхней лавы. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что постоянную длину верхней лавы при изменении длины нижней лавы обеспечивают изменением угла наклона отрезной щели в плоскости, перпендикулярной оси штрека. 4. Устройство для селективной выемки пластов полезных ископаемых, включающее выемочные комплексы верхней и нижней лав, расположенные на штреках транспортные средства и закладочные установки,отличающиеся тем, что на каждом штреке размещают с возможностью перемещения вдоль штрека установку, выполненную в виде опорной рамы и укрепленной на ней несущей консоли с исполнительным органом. Фиг. 1 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что несущая консоль укреплена шарнирно с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси штрека.(56) 1. Калугин П. А., Морев А. Б. Перспективы развития технологии и средств очистной выемки калийных солей // Горный журнал. -11, 1991. - С. 22-24. 2. Разработать предложения по дальнейшему совершенствованию и организации производства оборудования для селективной выемки. Отчет НИОКР. х. д.365. В. 92-93, этап 2.2. БелГОРХИМПРОМ. - Минск,1993. - С. 18 (прототип). Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке длинными очистными забоями пластов полезных ископаемых сложного строения с породными прослоями, например, при разработке Старобинского месторождения калийных солей. Известен способ селективной выемки пласта полезного ископаемого с двумя породными прослоями. Суть которого заключается в том, что добычной участок подготавливают горными выработками стандартного сечения по нижним слоям полезного ископаемого, а выемку в лаве осуществляют на полную мощность пласта полезного ископаемого с двумя породными прослоями. В качестве выемочной машины используют двухшнековый комбайн, соединенный с силовым блоком, оснащенным двумя режущими барабанами для разрушения двух породных прослоев. При движении комбайна в одном направлении извлекают на величину захвата комбайна оба породных прослоя и разрушенную породу грузят на забойный конвейер и далее на штрековые транспортные средства для доставки к месту закладки. При обратном ходе комбайна извлекают одновременно три оставшихся слоя полезного ископаемого и разрушенную руду грузят на освободившийся от породы забойный конвейер 1, с. 22-24. Недостаток описанного аналога в том, что снижается производительность добычного участка и увеличиваются удельные энергозатраты на добычу полезного ископаемого. Это обусловлено необходимостью разрушения комбайном и закладки в выработанное пространство лавы породы из двух породных прослоев. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ селективной выемки пласта полезного ископаемого с двумя породными прослоями, который предусматривает разработку верхнего слоя полезного ископаемого верхней лавой, а два нижних слоя полезного ископаемого нижней лавой. Таким образом, верхний породный прослой не разрушается исполнительными органами выемочных комбайнов. Нижние слои полезного ископаемого и расположенный между ними породный прослой отрабатываются известным селективным способом. Добычной участок подготавливают двумя бортовыми и средним вентиляционным штреками, которые ведут на полную мощность пласта,включая три слоя полезного ископаемого и два породных прослоя, а также необходимую подрывку (опускание) почвы штреков относительно почвы нижнего слоя. В бортовых штреках располагают крепи сопряжения с эстакадами для крепления приводов забойных конвейеров верхней и нижней лав. Крепи сопряжения кинематически связывают между собой выемочные комплексы обеих лав 2, с. 18. Верхний слой полезного ископаемого отрабатывают верхней лавой по известной технологии с небольшим опережением забоя нижней лавы. Одновременно ведутся выемочные работы в нижней лаве по известной технологии селективной выемки. Расстояние между забоями верхней и нижней лав в процессе очистной выемки поддерживается постоянным. Недостатками прототипа являются увеличение трудозатрат при извлечении полезного ископаемого ухудшение качества добываемой горной массы снижение производительности селективной выемки пластов полезного ископаемого с породными прослоями. Указанные недостатки обусловлены следующим. Необходимо штреки добычного участка проходить высотой равной мощности всех вынимаемых слоев полезного ископаемого и породных прослоев, а также величины необходимой подрывки почвы штреков относительно почвы нижнего слоя. Это приведет к увеличению трудоемкости проходки штреков, дополнительному разубоживанию горной массы за счет разрушения двух породных прослоев при проходке штреков, а также усложнит процессы крепления штреков при проходке и поддержания их во время эксплуатации. Потребуются крепи сопряжения с эстакадами сложной конструкции,которые должны обеспечить поддержание штреков в безопасном состоянии на длине, которая обусловлена необходимым опережением верхней лавы относительно нижней лавы. Кроме того, указанные крепи сопряжения кинематически связывают между собой выемочные комплексы верхней и нижней лав. Это в свою очередь снизит надежность работы очистного оборудования добычного участка, так как из-за выхода из строя одного из изделий выемочных комплексов верхней или нижней лав необходимо остановить работу всего очистного оборудования добычного участка. Все это приведет соответственно к увеличению удельных трудозатрат, дополнительному разубоживанию горной массы и снижению производительности добычного участка. 3583 1 Задачей изобретения является уменьшение трудозатрат при извлечении полезного ископаемого, повышение качества добываемой горной массы и производительности селективной выемки за счет подготовки участка штреками стандартного (уменьшенного) сечения, упрощения операции при проходке и поддержании горных выработок, упрощения конструкций крепей сопряжения с эстакадами, а также обеспечения независимой, в определенных пределах, работы очистного оборудования верхней и нижней лав. Для указанной задачи заявляемое изобретение - способ селективной выемки пластов полезных ископаемых, включает выемку верхнего слоя полезного ископаемого опережающей верхней лавой, нижних слоев полезного ископаемого отстающей нижней лавой и подготовку добычного участка двумя бортовыми и средним вентиляционным штреком. Штреки добычного участка проходят по нижним слоям полезного ископаемого и соединяют бортовые штреки со сторон, примыкающих к нижней лаве, с верхней лавой отрезными щелями с опережением забоем отрезной щели забоя верхней лавы. Разрушаемый в отрезной щели породный прослой доставляют по штрекам к месту закладки, а полезного ископаемое из верхней лавы направляют через отрезную щель на расположенное на бортовом штреке транспортное средство. При этом забой в месте нахождения приводов забойного конвейера обрабатывают и разрушенную горную массу направляют по почве лавы к опережающей части отрезной щели исполнительными органами выемочных комбайнов. Средний штрек соединяют с верхней лавой отрезной щелью с отставанием забоя отрезной щели не менее чем на величину полезного захвата комбайна от забоя верхней лавы. Постоянную длину верхней лавы при изменении длины нижней лавы обеспечивают изменением угла наклона отрезной щели в плоскости, перпендикулярной оси штрека. Заявляемый способ селективной выемки пластов полезных ископаемых осуществляют следующим образом. Добычной участок подготавливают тремя штреками (фиг. 1) двумя 1, 2 - бортовыми и 3 - средним вентиляционным. Штреки проходят по нижним слоям полезного ископаемого с подрывкой почвы нижнего слоя для размещения транспортных средств (перегружателей). По верхнему слою нарезают верхнюю лаву 4, по нижним слоям - нижнюю лаву 5. Бортовые штреки 1 и 2 со сторон, примыкающих к лаве 5, соединяют отрезными щелями 6 и 7 с верхней лавой 4 с опережением забоями отрезных щелей 6 и 7 забоя верхней лавы 4(величина а на фиг. 2). Средний штрек 3 соединяют с верхней лавой 4 отрезной щелью 8 (фиг. 1, 3) с отставанием забоя отрезной щели 8 не менее чем на величину полезного захвата комбайна от забоя верхней лавы 4 (величина п на фиг. 3). Возможна подготовка участка при коротких лавах двумя бортовыми штреками. Постоянную длину верхней лавы 4 при изменении длины нижней лавы 5 обеспечивают изменением угла наклона отрезной щели (угол ), как показано на фиг. 4. В верхней лаве 4 размещают выемочный комплекс в составе следующего оборудования (фиг. 1) механизированная крепь 9, забойный конвейер 10 и выемочный комбайн 11 (один или два). В нижней лаве 5 размещают очистной комплекс для селективной или валовой выемки в составе следующего оборудования механизированная крепь 12, забойный конвейер 13 и выемочный комбайн 14. На штреках размещают (фиг. 1, 2 и 3) крепи сопряжения с эстакадами 15, транспортные средства (перегружатели) 16, закладочные установки 17 и установки для проходки отрезных щелей 18. На бортовых штреках 1 и 2 размещают электрооборудование, системы управления и другое оборудование выемочных комплексов. Селективную выемку ведут следующим образом (фиг. 1, 2 и 3). В верхней лаве 4 осуществляют выемку верхнего слоя полезного ископаемого по известной технологии выемки, например, одним двухшнековым комбайном 11 или двумя одношнековыми. Отбитую горную массу грузят на забойный конвейер 10 и транспортируют по лаве 4 к отрезной щели 6 (или 7), затем через отрезную щель перегружают на транспортное средство 16 и далее доставляют по транспортным магистралям к месту переработки. Забой в месте расположения приводов забойного конвейера 10 обрабатывают исполнительным органом выемочного комбайна и разрушенную горную массу направляют по почве лавы 4 к опережающей части отрезной щели соответственно 6 или 7. Если объем горной массы, извлекаемой из забоя в месте расположения приводов конвейера 10, будет достаточной большой и приводить к заштыбовке исполнительного органа (например, на слоях большей мощности или с увеличенным захватом), то забой в указанных местах обрабатывают несколькими последовательными ходами комбайна. При этом перемещают концы забойного конвейера 10 на новую дорогу на величину менее полезного захвата комбайна. В нижней лаве 5 осуществляют выемку слоев полезного ископаемого по известной валовой или селективной технологии (см., например 1, с. 15, 96-98). При селективной выемке нижних слоев извлекаемое полезное ископаемое забойным конвейером 13 доставляют на транспортное средство 16, расположенное на бортовом штреке 1 (или 2), а разрушаемый породный прослой тем же забойным конвейером 13 и далее к закладочным установкам 17. При необходимости конвейер 13 и транспортные средства 16 реверсируют. После окончания добычного цикла в верхней 4 и нижней 5 лавах проходят не менее чем на величину полезного захвата отрезные щели 6 и 7 из бортовых штреков 1 и 2, сохраняя при этом необходимое опережение забоем отрезной щели забоя верхней лавы (величина а на фиг. 2). Отрезную щель 8 из среднего штрека 3 проходят на величину полезного захвата п (фиг. 3), но с отставанием забоя отрезной щели 8 от забоя верхней лавы 4. 3 3583 1 В случае отклонения бортовых штреков при проходке (величинана фиг. 4) отрезную щель проходят с наклоном на угол(фиг. 4), сохраняя при этом постоянную длину верхней лавы . Можно проходить с соответствующим наклоном обе отрезные щели 6 и 7. Заявляемый способ селективной выемки пластов полезного ископаемого может быть реализован с помощью предлагаемого устройства. Заявляемое устройство направлено на осуществление способа селективной выемки пластов полезного ископаемого, обеспечивающего уменьшение трудозатрат при извлечении полезного ископаемого, повышение качества добываемой горной массы и производительности. Известно устройство для селективной выемки пласта полезного ископаемого с двумя породными прослоями 1, 22-24. В состав устройства входит механизированная крепь на мощность вынимаемого пласта,равной суммарной мощности слоев, забойный конвейер, выемочный комбайн, крепи сопряжения с эстакадами, штрековые транспортные средства и закладочные установки. В качестве выемочной машины используют двухшнековый комбайн, соединенный с силовым блоком, оснащенным двумя режущими барабанами для разрушения двух породных прослоев. Описание работы выемочного комплекса приведено выше при рассмотрении второго аналога к первому пункту формулы изобретения. Недостатки рассматриваемого устройства, присущи также способу селективной выемки, выбранному в качестве второго аналога, и описаны выше. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для селективной выемки пластов полезного ископаемого с двумя породными прослоями 2, с. 18. Устройство состоит из двух выемочных комплексов для верхней и нижней лав. Выемочный комплекс для верхней лавы состоит из механизированной крепи, забойного конвейера и двух одношнековых(или одного двухшнекового) комбайнов. Селективный комплекс для нижней лавы состоит из механизированной крепи, забойного конвейера, выемочного комбайна с дополнительным исполнительным органом для выемки нижнего породного прослоя, штрековых транспортных устройств и закладочных установок. Оба выемочных комплекса кинематически связаны между собой расположенными на штреках крепями сопряжения с эстакадами для крепления приводов забойных конвейеров. Описание работы устройства приведено выше при рассмотрении прототипа к первому пункту формулы изобретения. Недостатки прототипа приведены выше при рассмотрении прототипа селективной выемки и могут быть дополнены следующим. Для осуществления рассматриваемого способа требуются крепи сопряжения крайне сложной конструкции, так как необходимо поддерживать в безопасном состоянии сопряжение штреков,пройденных на полную мощность вынимаемого пласта, с двумя лавами. Кроме этого, крепи сопряжения рассматриваемого комплекса кинематически связывают между собой выемочные комплексы верхней и нижней лав. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для осуществления способа, включающем выемочные комплексы верхней и нижней лав, расположенные на штреках транспортные средства и закладочные установки, на каждом штреке размещают с возможностью перемещения вдоль штрека установку, выполненную в виде опорной рамы и укрепленной на ней несущей консолью с исполнительным органом. Несущая консоль укреплена шарнирно с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной продольной оси штрека. Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована при подземной селективной выемке полезного ископаемого из пластов, состоящих из трех слоев полезного ископаемого и расположенных между ними породных прослоев, например,на Старобинском месторождении калийных солей (Третий калийный пласт - слои П-). При этом обеспечивается уменьшение трудозатрат при извлечении полезного ископаемого, повышение качества добываемой горной массы и производительности селективной выемки. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - принципиальная схема участка селективной выемки пласта полезного ископаемого с двумя породными прослоями на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 соответственно на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1 соответственно на фиг. 4. - принципиальная схема обеспечения постоянной длины верхней лавы на фиг. 5 - показана принципиальная схема устройства для селективной выемки полезного ископаемого на фиг. 6 - расположение забойного конвейера и выемочного комбайна в левой части верхней лавы на фиг. 7 - вид по стрелке В на фиг. 6 соответственно на фиг. 8 - установка для проходки нарезных щелей, вид сбоку на фиг. 9 - установка для проходки нарезных щелей, вид сверху. Устройство для селективной выемки полезного ископаемого (фиг. 5) состоит из выемочных комплексов верхней лавы 19 и нижней лавы 20, расположенных на штреках транспортных средств 16, крепей сопряжения с эстакадами 15, закладочных установок 17 и установок для проходки нарезных щелей 18. В состав выемочного комплекса верхней лавы 19 входят (фиг. 1, 2, 3) механизированная крепь 9, забойный конвейер 10 и выемочный 11 (один или два). В состав выемочного комплекса нижней лавы 20 входят механизирован 4 3583 1 ная крепь 12, забойный конвейер 13 и выемочный 14. На штреках размещают крепи сопряжения с эстакадами 15, транспортные средства 16, закладочные установки 17 и установки для проходки отрезных щелей 18. Установка для проходки отрезных щелей (фиг. 8 и 9) состоит из опорной рамы 21, несущей консоли 22 с исполнительным органом 23. Опорная рама 21 установлена с возможностью перемещения вдоль штрека на транспортном средстве 16, например, при помощи домкрата передвижки 24. Несущая консоль 22 посредством шарнирного соединения 25 имеет возможность поворота в направлении продольной плоскости штрека, а посредством шарнирного соединения 26 - в поперечной плоскости. Механизмы поворота не показаны. Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Выемку слоев полезного ископаемого в верхней 4 и нижней 5 лавах осуществляют одновременно. В верхней лаве 4 при наличии двух одношнековых комбайнов 11 добычной цикл начинают с зарубки комбайна в средней части лавы одним из известных способов, например косым заездом (см. 1 с. 28-31). При движении комбайна 11 к бортовым штрекам извлекают верхний слой полезного ископаемого. Отбитую горную массу грузят на забойный конвейер 10 и транспортируют ее полаве, затем через отрезную щель 6 (7) перегружают на транспортное средство 16. Забой в месте расположения приводов забойного конвейера 10 обрабатывают исполнительным органом, укрепленным, например, на удлиненной рукояти выемочного комбайна 11. Разрушаемую горную массу в этой зоне грузят не на забойный конвейер 10, а этими же исполнительными органами направляют по почве лавы 4 к опережающей части отрезной щели. Таким образом, по концам верхней лавы 4 подготавливают ниши для размещения в них приводов забойного конвейера 10 при передвижке его на новую дорогу. Если объем горной массы, извлекаемой из забоя в месте расположения приводов забойного конвейера, будет достаточно большой, то подготовку ниш ведут по технологии, описанной выше (см. с. 8). После выемки на полный захват комбайном очередной стружки полезного ископаемого по всей длине лавы и передвижки механизированной крепи 9 на новую дорогу комбайны 11 возвращаются в исходное положение в среднюю часть лавы для повторения очистного цикла. Выемка верхней лавы может осуществляться одним двухшнековым комбайном. В нижней лаве 5 осуществляют выемку слоев полезного ископаемого по известной валовой или селективной технологии. После выемки очередной стружки полезного ископаемого в верхней 4 и нижней 5 лавах проходят (удлиняют) на величину полезного захвата комбайна отрезные щели 6, 7 и 8. Для этого опорные рамы 21 установок для проходки отрезных щелей 18 перемещают при помощи домкратов передвижки 24 в места проходки отрезных щелей. Несущие консоли 22 с исполнительными органами 23 устанавливают посредством шарниров 25 и 26 и механизмов поворота (на фиг. не показаны) в нужном положении и осуществляют необходимую величину проходки отрезных щелей 6, 7 и 8. Разрушаемый из отрезных щелей породный прослой направляют на транспортные средства 16 и далее к закладочным установкам 17. До начала выемки следующей стружки полезного ископаемого при обратном ходе комбайна 14 осуществляют закладку породного прослоя нижней лавы 5 в выработанное пространство (если работают в нижней лаве 5 по селективной технологии). При этом разрушенный породный прослой нижней лавы 5 забойным конвейером 13 поочередно направляют к транспортным средствам 16 и далее к закладочным установкам 17. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.