Спосіб відроблення тонких та надтонких пластів корисних копалин

Реферат: Спосіб відроблення тонких та надтонких пластів корисних копалин горизонтального та похилого залягання механізованим комплексом руйнування, виймання та відокремлення забою і очисної виробки, причому в ході відроблення використовується породоруйнуючий інструмент механічного способу відбою із виконавчим органом ударно-обертальної дії, скребкові елементи винесення відбитої породи, механізм підтримання покрівлі та розмежування очисного і виробленого просторів ділянок відпрацювання технологічної порожнини. UA 75548 U (12) UA 75548 U UA 75548 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до гірничої промисловості, а саме до технології видобутку тонких та надтонких пластів корисних копалин пологого та похилого залягання із заповненням відробленого простору. Відомий спосіб розробки тонких вугільних пластів [патент РФ № 2188321, Е21С 41/18, 2002 р], який включає проведення виробок, відроблення пласта і переміщення нарізаних із порід днища чи покрівлі монолітних блоків після відроблення чергової смуги одночасно з очисною виїмкою наступної смуги. Відомий також комплекс для виїмки вугілля тонких та середньої потужності крутих і крутопадаючих пластів [патент РФ № 2006580, Е21С 27/00, 1994 р.], що містить привід, гнучкий робочий орган з різальним інструментом і огороджувальний пристрій з напрямними, який виконано у вигляді еластичного пружного жолоба, по вершині якого з опуклого боку на рівній відстані одна від одної закріплені напрямні. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб роздільного виймання тонких та дуже тонких пластів вугілля і породи [патент України № 86462, Е21С 41/18, 2009 р], що включає відбійку, транспортування вугілля та породи при відпрацюванні лави механізованими комплексами, причому у процесі відпрацювання одночасно здійснюють відбійку вугільного покладу на повну потужність і присікання порід покрівлі (або підошви), а транспортування - шляхом формування вантажопотоків вугілля та породи із навантаженням відповідно вугілля на нижню гілку, а породи - на верхню гілку скребкового конвеєра (або навпаки). Недоліком цього способу є необхідність додаткових затрат на проходження та кріплення польової виробки, що передбачає виймання та транспортування пустої породи. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності підземної розробки тонких та надтонких пластів корисних копалин горизонтального або похилого залягання шляхом автоматизації процесу відроблення масиву, зниження енергоємності процесу та за рахунок підвищення безпеки відроблення вибухонебезпечних пластів. Спосіб застосовується для вже розкритих та підготовлених до видобутку тонких і надтонких пластів корисних копалин горизонтального або похилого залягання та реалізовується при стовповій і комбінованій системах розробки. Поставлена задача вирішується наступним чином. Для відроблення пласта використовується породоруйнуючий пристрій, що складається з каната, що розкручується, на якому жорстко закріплені породоруйнуючі інструменти. Породоруйнуючий інструмент виконаний у вигляді колеса зі ступицею, спицями і ободом, причому торцеві частини інструмента оснащені різальними твердосплавними елементами із можливістю заміни різальної кромки. Кінці каната намотані на барабани лебідок. Внаслідок почергового вмикання лебідок породоруйнуючі інструменти, здійснюючи зворотно-поступальний рух вздовж вибою та обертальний рух завдяки скручуванню і розкручуванню каната, руйнують масив. При реалізації такого способу відроблення досягаються наступні переваги: - руйнування масиву інструментом у віджатій зоні та з малою глибиною захвату за рахунок створення в ньому напружень зсуву забезпечує мінімальну енергоємність процесу; - конструкція породоруйнуючого пристрою дозволяє працювати без постійної присутності людини у забої; - внаслідок невеликої товщини стружки знижується ризик вибуху (пласт встигає дегазуватися). Реалізація запропонованого способу пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 загальна схема розробки родовища корисних копалин в плані; на Фіг. 2 зображено робочий орган породоруйнуючого інструмента у розрізі за А-А; на Фіг. 3 зображено породоруйнуючий інструмент у робочому стані (розріз за Б-Б); на Фіг. 4 зображено в ізометрії процес відроблення пласта корисних копалин; на Фіг. 5 показано процес відроблення пласта у випадку застосування схеми з розділенням пласта на шари; на Фіг. 6 зображено механізм розмежування очисного та виробленого простору; на Фіг. 7 зображено процес відроблення пласта на крок довжиною h (вид зверху); на Фіг. 8 зображено скребковий елемент. На необхідній глибині здійснюють проходження магістральної 1 і ділянкових підготовчих виробок 2, які при потребі проходять під кутом , що дорівнює куту залягання пласта корисної копалини. Виробки 2 з'єднуються штреком, у якому початково знаходяться скребкові елементи, породоруйнуючий пристрій та механізм для розмежування очисного і виробленого просторів ділянок. Підготовчі магістральну і ділянкові виробки кріплять за суцільною схемою бетоном 3. 1 UA 75548 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Породоруйнуючий пристрій складається з каната 4, що розкручується, на якому жорстко встановлюється каскад породоруйнуючих інструментів 5 з можливістю регулювання їх кількості та відстані між ними. Кінці каната намотані на барабани 6 і 7 лебідок 13 і 14, що встановлюються у підготовчих виробках 2. Породоруйнуючий інструмент виконаний у вигляді колеса, діаметром d, зі ступицею 8, спицями 9, торцеві частини яких виконано у формі клинів, і ободом 10, причому торцеві частини інструмента оснащені різальними твердосплавними елементами 11 із можливістю заміни різальної кромки 12. При почерговому ввімкненні лебідок виконавчий орган переміщується вздовж вибою зворотно-поступально, а породоруйнуючі інструменти здійснюють обертальний рух завдяки скручуванню і розкручуванню каната. Одночасно за рахунок схеми розташування якорів 15 виконавчий орган притискається до лінії вибою. При цьому, за рахунок створення навантаження руйнування на поверхні вибою вздовж активної частини різальної кромки породоруйнуючого інструмента, в масиві формується область структурних неоднорідних ослаблених зв'язків - має місце процес геомеханічної деструкції цілісності області відроблення гірських порід. Внаслідок геомеханічної деструкції в межах області контактного фронту видобутку утворюється нова система мікро- та макротріщин, що є сприятливим фактором для подальшого відколювання елемента поверхні вибою внаслідок поступально-обертального руху породоруйнуючого інструмента у зворотному напрямку. Оскільки елемент вибою в момент відколювання зазнає незначних за величиною напружень, а також оскільки такий елемент не є стиснутим навколишнім масивом, а має вигляд виступу на поверхні вибою, то відколювання відбувається досить великими кусками. Це істотно покращує гранулометричний склад видобутої корисної копалини. Після відроблення пласта на крок h, величину якого встановлюють з урахуванням гірського тиску та інтенсивності відроблення для забезпечення можливості підтримки покрівлі у забої в стійкому стані без кріплення (від 0,6 до 1,0 м), лебідки вимикають і здійснюють винесення корисного компонента у виробку 2. Процес винесення реалізовується за допомогою каната 16 із закріпленими на ньому скребковими елементами 17 так, що, коли напруги відсутні, скребкові елементи розташовуються вздовж каната 16, а при натягуванні каната - розвертаються перпендикулярно до нього. Обидва кінці каната 16 з'єднуються з канатом 4. Початково канат 16 із скребковими елементами розташовують у виробленій порожнині 18. Після цього вмикають барабан 6 лебідки 13. Внаслідок намотування каната 4 на барабан відбувається поступальний рух каната 16 із скребковими елементами 17 у напрямку 19 та винесення відбитого корисного компонента у канаву 20, де розміщується конвеєр 21, який здійснює транспортування породи у магістральну виробку 1. Після того, як порожнину 18 очищено від породи, ввімкнувши обидві лебідки 13 і 14, канат 16 із скребковими елементами переміщують до породоруйнуючого пристрою. Потім канат 4 від'єднують від каната 16 і приєднують до каната з породоруйнуючими інструментами, а також видаляють пару якорів 15. Далі здійснюють відмежування очисного і виробленого просторів та закладку утвореної порожнини пустими породами або спеціальними твердіючими матеріалами. Механізм розмежування очисного і виробленого просторів ділянок відроблення технологічних порожнин виконаний у вигляді труби 22, довжина якої регламентується довжиною відроблюваного простору. Торцеві частини труби 22 оснащені зірочками 23 і 24 з ланцюгами 25 і 26. Один кінець ланцюга 25 з'єднано з канатом 27, що не розкручується, який намотано на барабан 30 лебідки 13. Інший кінець ланцюга 25 з'єднано з якорем 28 канатом 29. Аналогічно один кінець ланцюга 26 канатом, що не розкручується, з'єднано з барабаном 31 лебідки 14, а інший його кінець зафіксовано якорем (на кресленнях не показано). Початково механізм розмежування розташовують у початку виробленої порожнини 18 так, що труба 22 виконує функції несучого цілика, що підтримує консольно зачеплену покрівлю. Переміщення труби 22 механізму розмежування здійснюється при ввімкнених лебідках 13 та 14. При намотуванні каната на барабани лебідок відбувається обертання труби 22 за рахунок крутного моменту і її переміщення у напрямку забою. Таким чином трубу 22 встановлюють в безпосередній близькості з породоруйнуючим інструментом. При необхідності здійснення заходів із підтримання покрівлі у забої в стійкому стані, механізм розмежування залишається нерухомим на відповідній ділянці розробки, а в подальшому використовується новий. 2 UA 75548 U 5 10 Після цього вироблену порожнину заповнюють матеріалом закладки, наприклад, пустими породами, одним з відомих способів, зокрема із застосуванням гідродомкратів (маніпуляторів) багатократного розсунення. Цикл відроблення повторюють багаторазово і таким чином здійснюють видобуток корисної копалини із пласта потужністю d. При цьому після виконання кількох кроків з метою запобігання обваленню відроблений простір, шириною h, заповнюють матеріалами, що мають високі міцнісні характеристики (наприклад, цементним розчином). Якщо міцнісні характеристики відроблюваного масиву та конструктивні особливості породоруйнуючого інструмента не дозволяють використовувати інструмент з діаметром d, рівним потужності усього пласта корисної копалини, то застосовують схему відроблення із розділенням пласта на шари. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб відроблення тонких та надтонких пластів корисних копалин горизонтального та похилого залягання механізованим комплексом руйнування, виймання та відокремлення забою і очисної виробки, який відрізняється тим, що в ході відроблення використовується породоруйнуючий інструмент механічного способу відбою із виконавчим органом ударно-обертальної дії, скребкові елементи винесення відбитої породи, механізм підтримання покрівлі та розмежування очисного і виробленого просторів ділянок відпрацювання технологічної порожнини. 3 UA 75548 U 4 UA 75548 U 5 UA 75548 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6