CN102061921B - 大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，包括以下步骤：一、伪俯斜工作面确定：选择一个伪俯斜工作面作为大倾角煤层的实际开采工作面；二、煤层开采：采用常规煤层开采方法，以所确定的伪俯斜工作面为实际开采工作面且以大倾角煤层的煤层走向为推进方向对大倾角煤层进行开采；实际开采过程中，采用异形液压支架对实际开采工作面进行同步支护，异形液压支架包括顶梁、底板和多根支撑柱，顶梁形状为平行四边形。本发明设计合理、开采方法简单且所采用异形液压支架结构合理、操作简便、使用效果好，能解决现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中存在的“支架-围岩”系统处于非稳定状态、安全系数低、开采难度大等问题。

Description

大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法

技术领域

本发明涉及一种大倾角煤层走向长壁工作面开采方法，尤其是涉及一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法。

背景技术

大倾角煤层是倾斜和急斜煤层的一部分，具体来说就是倾角为35°～55°的煤层，属难采煤层。实际开采过程中，在工作面顶板、支架与设备自身重力的倾斜分力作用下，沿煤层倾斜方向布置且沿煤层走向推进的传统“走向长壁”开采方法中所采用的工作面支架和所布置的相关设备，在工作面推进过程中必然会出现下滑和倾倒现象，同时工作面顶板垮落后矸石的非均衡移动与充填以及底板破坏后的滑移更加剧了工作面液压支架和相关设备的下滑和倾倒程度(或下滑和倾倒的可能性)，从而使大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中的“支架-围岩”系统成为了“非稳定系统”，导致了大量的安全生产事故，并相应造成了大量的人员伤亡和经济损失。实际开采时，要从根本上解决大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中所存在的“支架-围岩”系统的非稳定状态，必须从工作面开切眼的布置方式和工作面液压支架的工作方式入手进行研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其设计合理、开采方法简单且所采用异形液压支架结构合理、操作简便、使用效果好，能有效解决现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中存在的“支架-围岩”系统处于非稳定状态、安全系数低、开采难度大等实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，所开采的大倾角煤层为倾角为35°～55°的煤层，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、伪俯斜工作面确定：选择一个伪俯斜工作面作为所述大倾角煤层的实际开采工作面，且所述伪俯斜工作面与水平面之间的夹角即伪斜角β为20°～35°，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的煤层走向之间的夹角即走向夹角为γ，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的理论工作面之间的夹角为90°-γ，所述大倾角煤层的理论工作面与水平面之间的夹角即真倾角α＝35°～55°，所述伪俯斜工作面的倾斜长度

走向夹角

式中L_真为所述大倾角煤层理论工作面的倾斜长度；

步骤二、煤层开采：采用常规煤层开采方法，以步骤一中所确定的所述伪俯斜工作面为实际开采工作面，且以所述大倾角煤层的煤层走向为推进方向对所述大倾角煤层进行开采，实际开采时将所述大倾角煤层的真倾角α转变为伪斜角β；且实际开采过程中，采用工作面支架对实际开采工作面进行同步支护，所述工作面支架为异形液压支架，所述异形液压支架包括对工作面顶板进行支撑的顶梁、底板和多根对所述顶梁进行支撑固定的支撑柱，所述支撑柱的底部固定安装在底板上且其顶部安装在顶梁上，所述支撑柱呈竖直向布设且其下部安装有液压设备，所述顶梁与所述实际开采工作面的工作面顶板直接接触且其与水平面间的夹角与真倾角α相同，顶梁的形状为平行四边形且所述顶梁四个顶角的角度分别为γ、180°-γ、γ和180°-γ，且顶梁的结构与尺寸与所述伪俯斜工作面顶板的结构与尺寸一致。

上述大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征是：所述异形液压支架还包括固定安装在顶梁后侧且向下倾斜的尾梁和对尾梁进行支撑固定在多根掩护柱，所述尾梁的形状为平行四边形且其宽度与顶梁的宽度相同，所述尾梁与顶梁之间的夹角为120°～165°，所述掩护柱呈倾斜向布设且其下部设置有液压设备，所述掩护柱的底部固定安装在底板上且其顶部安装在尾梁上。

上述大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征是：所述支撑柱和掩护柱的数量均为两个，且两个支撑柱和两个掩护柱分别布设在顶梁和尾梁的左右两侧下方。

上述大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征是：所述尾梁四个顶角的角度分别为γ、180°-γ、γ和180°-γ。

上述大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征是：所述顶梁和尾梁底部对应设置有供支撑柱和掩护柱安装的安装座，且支撑柱和掩护柱与所述安装座之间均以铰接方式进行连接，顶梁和尾梁之间以铰接方式进行连接。

上述大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征是：所述走向夹角γ大于40°。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、设计合理、开采方法简单且施工方便。

2、设计新颖，将所开采大倾角煤层的开采工作面由真倾角α(即35°～55°)的理论工作面转换为伪斜角β(即20°～35°)的伪俯斜工作面后，将大倾角煤层的倾角相对减小了15°～20°，从而大幅度降低了倾角为35°～55°的大倾角煤层的开采难度，大幅度降低了大倾角煤层开采过程中所存在的危险系数。

3、所采用的异形液压支架结构设计合理、加工制作方便且使用操作简便，使用效果好，并且稳固性强，不易出现下滑、倾倒等现象，因而在对实际开采工作面进行稳固支护的同时，也能使得工作面支架与围岩均处于稳定状态，大幅降低事故发生率，保证了开采效率和施工进度。

综上所述，本发明设计合理、开采方法简单、施工方便且所采用的异形液压支架结构设计合理、操作简便、使用效果好，能有效解决现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中存在的“支架-围岩”系统处于非稳定状态、安全系数低、开采难度大等实际问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所确定伪俯斜工作面的布设位置示意图。

图2为本发明所采用异形液压支架的俯视图。

图3为图2的I-I剖视图。

图4为本发明俯斜开采方法的流程图。

附图标记说明：

1-顶梁；  2-尾梁；3-底板；

4-支撑柱；5-掩护柱。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，所开采的大倾角煤层为倾角为35°～55°的煤层，其开采方法包括以下步骤：

步骤一、伪俯斜工作面确定：选择一个伪俯斜工作面作为所述大倾角煤层的实际开采工作面，且所述伪俯斜工作面与水平面之间的夹角即伪斜角β为20°～35°，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的煤层走向之间的夹角即走向夹角为γ，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的理论工作面之间的夹角为90°-γ，所述大倾角煤层的理论工作面与水平面之间的夹角即真倾角α＝35°～55°，所述伪俯斜工作面的倾斜长度

走向夹角

式中L_真为所述大倾角煤层理论工作面的倾斜长度。

结合图1，图中AD为伪俯斜工作面，∠ACB为真倾角即煤层倾角α，∠ADB为伪斜角β，∠ADC为伪俯斜工作面与走向方向的夹角(简称走向夹角γ)，L_真为所述大倾角煤层的真倾斜长度(即工作面在倾斜方向上的长度)，L_伪为伪俯斜工作面的倾斜长度即伪倾斜长度，DC方向为工作面的走向推进方向，CA方向为工作面的倾斜方向。实际开采过程中，所述走向夹角γ大于40°。

步骤二、煤层开采：采用常规煤层开采方法，以步骤一中所确定的所述伪俯斜工作面为实际开采工作面，且以所述大倾角煤层的煤层走向为推进方向对所述大倾角煤层进行开采，实际开采时将所述大倾角煤层的真倾角α转变为伪斜角β；且实际开采过程中，采用工作面支架对实际开采工作面进行同步支护，所述工作面支架为异形液压支架，所述异形液压支架包括对工作面顶板进行支撑的顶梁1、底板3和多根对所述顶梁1进行支撑固定的支撑柱4，所述支撑柱4的底部固定安装在底板3上且其顶部安装在顶梁1上，所述支撑柱4呈竖直向布设且其下部安装有液压设备，所述顶梁1与所述实际开采工作面的工作面顶板直接接触且其与水平面间的夹角与真倾角α相同，顶梁1的形状为平行四边形且所述顶梁1四个顶角的角度分别为γ、180°-γ、γ和180°-γ，且顶梁1的结构与尺寸与所述伪俯斜工作面顶板的结构与尺寸一致。结合图2，∠HEF＝γ。

实际开采过程中，将所开采大倾角煤层的开采工作面由真倾角α(即35°～55°)的理论工作面转换为伪斜角β(即20°～35°)的伪俯斜工作面，因而将所述大倾角煤层的倾角相对减小了15°～20°，从而大幅度降低了倾角为35°～55°的大倾角煤层的开采难度，大幅度降低了大倾角煤层开采过程中所存在的危险系数。同时，所采用的异形液压支架结构设计合理、加工制作方便且使用操作简便，使用效果好，并且稳固性强，不易出现下滑、倾倒等现象，因而在对实际开采工作面进行稳固支护的同时，也能使得工作面支架与围岩均处于稳定状态，大幅降低事故发生率，保证了开采效率和施工进度。

本实施例中，所述异形液压支架还包括固定安装在顶梁1后侧且向下倾斜的尾梁2和对尾梁2进行支撑固定在多根掩护柱5，所述尾梁2的形状为平行四边形且其宽度与顶梁1的宽度相同，所述尾梁2与顶梁1之间的夹角为120°～165°，所述掩护柱5呈倾斜向布设且其下部设置有液压设备，所述掩护柱5的底部固定安装在底板3上且其顶部安装在尾梁2上。

本实施例中，所述支撑柱4和掩护柱5的数量均为两个，且两个支撑柱4和两个掩护柱5分别布设在顶梁1和尾梁2的左右两侧下方。实际使用过程中，还可以根据实际具体需要对支撑柱4和掩护柱5的数量和布设位置进行相应调整。

本实施例中，所述尾梁2四个顶角的角度分别为γ、180°-γ、γ和180°-γ。所述顶梁1和尾梁2底部对应设置有供支撑柱4和掩护柱5安装的安装座，且支撑柱4和掩护柱5与所述安装座之间均以铰接方式进行连接，顶梁1和尾梁2之间以铰接方式进行连接。因而实际使用时，所述异形液压支架中各部件之间的连接角度可以进行相应调整，不仅移动方便，而且能满足不同场合的使用需求，同时使用操作非常简便。

综上，实际开采过程中，实际开采工作面为伪斜角β为20°～35°的伪俯斜方向布置，且沿煤层走向推进；实际开采工作面选用带有掩护结构的异形综采支架。另外，由于顶梁1在支撑接顶时，异形液压支架的支架顶是以煤层顶板的真倾角α与工作面顶板接触(即异形液压支架的支架顶与水平面间的夹角为真倾角α)，也就是说，实际推进过程中，两根支撑柱4和两根掩护支撑柱5的行程各不相同。所述异型液压支架布置在伪斜角为20°～35°的工作面线(即开切眼)上，随工作面推进时，沿煤层走向水平前进，因而能有效防止工作面液压支架在推进过程中的下滑现象。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，所开采的大倾角煤层为倾角为35^°～55^°的煤层，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、伪俯斜工作面确定：选择一个伪俯斜工作面作为所述大倾角煤层的实际开采工作面，且所述伪俯斜工作面与水平面之间的夹角即伪斜角β为20^°～35^°，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的煤层走向之间的夹角即走向夹角为γ，所述伪俯斜工作面与所述大倾角煤层的理论工作面之间的夹角为90^°-γ，所述大倾角煤层的理论工作面与水平面之间的夹角即真倾角α=35^°～55^°，所述伪俯斜工作面的倾斜长度

，走向夹角

，式中L_真为所述大倾角煤层理论工作面的倾斜长度；

步骤二、煤层开采：采用常规煤层开采方法，以步骤一中所确定的所述伪俯斜工作面为实际开采工作面，且以所述大倾角煤层的煤层走向为推进方向对所述大倾角煤层进行开采，实际开采时将所述大倾角煤层的真倾角α转变为伪斜角β；且实际开采过程中，采用工作面支架对实际开采工作面进行同步支护，所述工作面支架为异形液压支架，所述异形液压支架包括对工作面顶板进行支撑的顶梁（1）、底板（3）和多根对所述顶梁（1）进行支撑固定的支撑柱（4），所述支撑柱（4）的底部固定安装在底板（3）上且其顶部安装在顶梁（1）上，所述支撑柱（4）呈竖直向布设且其下部安装有液压设备，所述顶梁（1）与所述实际开采工作面的工作面顶板直接接触且其与水平面间的夹角与真倾角α相同，顶梁（1）的形状为平行四边形且所述顶梁（1）四个顶角的角度分别为γ、180^°-γ、γ和180^°-γ，且顶梁（1）的结构与尺寸与所述伪俯斜工作面顶板的结构与尺寸一致；所述异形液压支架还包括固定安装在顶梁（1）后侧且向下倾斜的尾梁（2）和对尾梁（2）进行支撑固定的多根掩护柱（5），所述尾梁（2）的形状为平行四边形且其宽度与顶梁（1）的宽度相同，所述尾梁（2）与顶梁（1）之间的夹角为120^°～165^°，所述掩护柱（5）呈倾斜向布设且其下部设置有液压设备，所述掩护柱（5）的底部固定安装在底板（3）上且其顶部安装在尾梁（2）上，所述尾梁（2）四个顶角的角度分别为γ、180^°-γ、γ和180^°-γ。

2.按照权利要求1所述的大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征在于：所述支撑柱（4）和掩护柱（5）的数量均为两个，且两个支撑柱（4）和两个掩护柱（5）分别布设在顶梁（1）和尾梁（2）的左右两侧下方。

3.按照权利要求1或2所述的大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征在于：所述顶梁（1）和尾梁（2）底部对应设置有供支撑柱（4）和掩护柱（5）安装的安装座，且支撑柱（4）和掩护柱（5）与所述安装座之间均以铰接方式进行连接，顶梁（1）和尾梁（2）之间以铰接方式进行连接。

4.按照权利要求1或2所述的大倾角煤层走向长壁工作面异形液压支架俯斜开采方法，其特征在于：所述走向夹角γ大于40^°。

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