CN104847351A - 一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，沿煤层走向由后向前分多个开采节段对急倾斜特厚煤层进行开采，每个开采节段均由上至下分为多个分层，位于最上部的分层为顶分层；对任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：一、顶分层开采：包括步骤：巷道施工、预爆巷内有毒有害气体抽出、顶煤超前预爆破、顶煤放水湿润、煤层开采和工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填；二、下一分层开采；三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于煤层开采技术领域，尤其是涉及一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法。
背景技术
水平分层采煤法是指把急倾斜厚煤层沿水平方向分成若干2～3m厚的分层，由上而下依次开采。在每个分层内布置回采工作面和分层平巷，采区巷道可按双翼或单翼布置。区段高度一般为15m～30m。回采工作面长度就是煤层的水平厚度，工作面沿走向推进。煤层水平厚度小于8m时,仅需在分层底板掘一条分层平巷；煤层水平厚度大于8m时，应在顶板位置再掘一条分层平巷。对于急倾斜特厚煤层(煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层)而言，分层厚度可能大于4m，采用放顶煤采煤法进行开采。放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。
目前，对急倾斜特厚煤层进行综放开采过程中，由于顶煤及顶板不同于缓倾斜煤层，容易大面积垮落并诱发采空区积聚气体的突然冲击，因而开采过程中控顶至关重要。另外，采空区留有的残煤遇氧气后有发火的可能，因而需采取有效的防护措施消除上述安全隐患，保障安全生产。现有的防护措施是向工作面后方的采空区内注入氮气，以降低含氧量。实际使用时，上述防护措施存在以下缺陷和不足：第一、由于急倾斜特厚煤层的特殊性，导致采空区易发火，安全隐患多；第二、采放比小，工作面单产低；第三、煤体破碎程度低，资源回收率低；第四、顶板运移不确定性大，容易造成大面积冒顶及气体冲击；第四、防护方法比较单一，不能全方位、立体防御并及时处理安全隐患。
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，提供一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：
步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：
步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷；同时，在当前开采分层的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷和回风巷；
所述预爆巷位于当前开采分层的回采工作面上方且其呈水平布设，所述预爆巷与当前开采分层的回采工作面呈平行布设；多个所述预爆巷由上至下布设，多个所述预爆巷中位于最下部的预爆巷为底部预爆巷；
步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷内均安装气体抽送设备，并通过所述气体抽送设备将预爆巷内的有毒有害气体抽出；
步骤103、顶煤超前预爆破：当步骤101中所施工预爆巷的数量为一个时，从该预爆巷由内向外钻取多个炮孔，多个所述炮孔均位于预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷对多个所述炮孔分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔，对当前开采分层中位于预爆巷上方的煤层进行爆破；
当步骤101中所施工预爆巷的数量为多个时，从各预爆巷分别由内向外钻取多个炮孔，钻取的所有炮孔均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷对钻取的所有炮孔分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；
步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷的数量为一个时，在该预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向预爆巷内注水，对当前开采分层中位于预爆巷下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；
步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；
步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中对当前开采分层进行回采过程中，随回采工作面不断向前推进，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷中安装的氮气输送设备，向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气，降低采空区内的含氧量；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面后方的采空区与外界空气隔绝；
步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中进行工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填时，随回采工作面不断向前推进，通过从地下由上至下钻入至回采工作面后方采空区内的注浆孔，向回采工作面后方的采空区内注入黄土泥浆，以降低回采工作面后方采空区内的温度。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气时，对回采工作面后方采空区内的氧气浓度进行实时监测，并根据监测结果对所述氮气输送设备的注入流量进行调节，
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气后，使回采工作面后方Dm以后区域内的氧气体积浓度均低于10％，其中D＝20m～25m。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷的数量为多个；且当步骤101中当前开采分层的层厚不大于4m时，所施工预爆巷的数量为一个。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷的数量为三个。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：三个所述预爆巷由上至下分别为第一预爆巷、第二预爆巷和第三预爆巷，步骤103中从各预爆巷由内向外钻取的多个炮孔均分多排进行布设，多排所述炮孔沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷上方与两侧的炮孔，每排所述炮孔中的多个所述炮孔均包括一个位于预爆巷中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤101中所施工预爆巷的数量为一个，步骤103从该预爆巷钻取的多个炮孔均分多排进行布设，多排所述炮孔沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷上方与两侧的炮孔，每排所述炮孔中的多个所述炮孔均包括一个位于预爆巷中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤103中进行顶煤超前预爆破之前，在步骤101中施工完成的回风巷尾部安装气体抽送设备；步骤103中进行顶煤超前预爆破过程中、步骤104中进行顶煤放水湿润过程中和步骤105中进行煤层开采过程中，通过回风巷尾部安装的气体抽送设备将有毒有害气体抽出。
上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：每个所述开采节段均由上至下分为三个分层，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。
2、将多种防护措施结合使用，所采用的防护措施包括地面回填黄土或建筑垃圾、开采前预爆巷内有毒有害气体预抽、顶煤超前预爆破、超前工作面顶煤注水湿润、回采工作面后方采空区内注入氮气和黄土泥浆；其中地面回填黄土或建筑垃圾能对塌陷区进行及时回填，并隔绝采空区与地面空气的联系，防止采空区残煤自燃；开采前预爆巷内有毒有害气体预抽，为后续工作面的正常回采提供安全保障；顶煤超前预爆破能有效提高煤体破碎度，弱化顶煤及顶板，使顶板安全垮落；超前工作面顶煤注水湿润，利用水浸润煤体降低煤体强度，驱动瓦斯和硫化氢等有害气体的排出，在回风巷尾部增设气体抽送设备，及时、快速回收排出有毒有害气体，消除爆炸源；回采工作面后方采空区内注入氮气和黄土泥浆，能有效降低采空区内的温度和含氧量，防止采空区着火，因而本发明是一种全方位的立体控顶方法，能有效消除采空区火源及顶板大面积冒顶的安全隐患。
3、使用效果好且实用价值高，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患，保障生产安全；同时能提高采放比，增加工作面生产效率及单产。并且，能有效破碎顶煤，增强顶煤的可放性，提高资源回收率，达到高产高效的目标，经济效益显著。另外，浸润的煤体降低了工作面粉尘浓度，保障作业人员的身体健康。综上，本发明将多相介质注入急倾斜特厚煤层综放工作面的顶煤中，注入的多项介质包括气相介质(如氮气)、液相介质(如水)和固相介质(如黄土泥浆)，因而能降低顶煤力学强度，促进顶煤充分破碎并有效放出，减缓顶板及顶煤的下沉速度与冒顶，使其压力大于瓦斯气体外泄的压力，快速释放瓦斯，减少瓦斯积聚；然后，再对采空区上方的塌陷区(即漏风处)进行回填以封闭采空区，预防顶煤自燃发火，形成地面、工作面前方和工作面后方全方位的安全防护及保障体系。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。
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为本发明对一个开采节段进行开采时的方法流程框图。
图2为本发明实施例1中对一个开采节段进行开采时的施工状态示意图。
图3为本发明实施例1中预爆巷内钻取的各排炮孔的布设位置示意图。
图4为采用本发明进行立体控顶后回采工作面后方采空区内的甲烷浓度变化曲线图。
图5为采用本发明进行立体控顶后回采工作面后方采空区内的氧气浓度变化曲线图。
图6为本发明实施例2中一个分层上三个预爆巷的布设位置示意图。
图7为图4中三个预爆巷内钻取的各排炮孔的布设位置示意图。
附图标记说明:
1—预爆巷； 2—回采工作面； 3—用水湿润煤层；
3-1—浸水煤层； 4—需爆破煤层； 5—炮孔；
6—老顶； 7—直接顶； 8-1—进风巷；
8-2—回风巷； 9—煤层底板； 10—地面回填层；
11—护顶煤层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，对所述急倾斜特厚煤层进行开采时，沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：
步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：
步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面2前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷1；同时，在当前开采分层的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷8-1和回风巷8-2，详见图2；此时，当前开采分层为顶分层；当前开采分层的回采工作面2前方顶煤，指的是当前开采分层中位于回采工作面2前方的煤层且该煤层位于回采工作面2的上方；
所述预爆巷1位于当前开采分层的回采工作面2上方且其呈水平布设，所述预爆巷1与当前开采分层的回采工作面2呈平行布设；多个所述预爆巷1由上至下布设，多个所述预爆巷1中位于最下部的预爆巷1为底部预爆巷；
步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷1内均安装气体抽送设备，并通过所述气体抽送设备将预爆巷1内的有毒有害气体抽出；
步骤103、顶煤超前预爆破：当步骤101中所施工预爆巷1的数量为一个时，从该预爆巷1由内向外钻取多个炮孔5，多个所述炮孔5均位于预爆巷1的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷1对多个所述炮孔5分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔5，对当前开采分层中位于预爆巷1上方的煤层进行爆破；
当步骤101中所施工预爆巷1的数量为多个时，从各预爆巷1分别由内向外钻取多个炮孔5，钻取的所有炮孔5均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷1对钻取的所有炮孔5分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔5，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；
本实施例中，当步骤101中所施工预爆巷1的数量为多个时，各预爆巷1内钻取的所有炮孔5均位于该预爆巷1的底板上方；
步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷1的数量为一个时，在该预爆巷1内安装注水设备，并通过所述注水设备向预爆巷1内注水，对当前开采分层中位于预爆巷1下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷1的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；
步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；
本实施例中，对当前开采分层进行回采时，按照常规放顶煤采煤方法进行开采；
步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中对当前开采分层进行回采过程中，随回采工作面2不断向前推进，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷8-2中安装的氮气输送设备，向回采工作面2后方的采空区内连续注入氮气，降低采空区内的含氧量；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面2后方的采空区与外界空气隔绝；
步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。
本实施例中，每个所述开采节段均由上至下分为三个分层，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。
实际施工时，可根据具体需要，对每个所述开采节段中的分层数量进行相应调整。
本实施例中，步骤101中所述顶煤为当前开采分层中位于回采工作面2上方的煤层。
本实施例中，两个所述通风巷道分别位于所述急倾斜特厚煤层的煤层顶板和煤层底板9的内侧，并且所述进风巷8-1位于煤层顶板内侧，所述回风巷8-2位于煤层底板9内侧。
本实施例中，步骤106中进行工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填时，随回采工作面2不断向前推进，通过从地下由上至下钻入至回采工作面2后方采空区内的注浆孔，向回采工作面2后方的采空区内注入黄土泥浆，以降低回采工作面2后方采空区内的温度。
所述黄土泥浆为由黄土和水混合形成的泥浆。所述注浆孔内装有注浆管。
本实施例中，向回采工作面2后方的采空区内注入黄土泥浆过程中，需对回采工作面2后方的采空区内的空气温度进行实时监测。
本实施例中，步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面2后方的采空区内连续注入氮气时，对回采工作面2后方采空区内的氧气浓度进行实时监测，并根据监测结果对所述氮气输送设备的注入流量进行调节，
并且，步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面2后方的采空区内连续注入氮气后，使回采工作面2后方Dm以后区域内的氧气体积浓度均低于10％，其中D＝20m～25m。
实际施工时，当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷1的数量为多个；且当步骤101中当前开采分层的层厚不大于4m时，所施工预爆巷1的数量为一个。
本实施例中，步骤101中所施工预爆巷1的数量为一个，当前开采分层中位于预爆巷1上方的煤层为需爆破煤层4，当前开采分层中位于预爆巷1下方的煤层为用水湿润煤层3。
并且，步骤105中进行煤层开采时，所述顶分层的需爆破煤层4上方留有护顶煤层11。
步骤104中进行顶煤放水湿润过程中，需确保预爆巷1内侧底部始终有存水，且存水深度为20cm～30cm。所述用水湿润煤层3上部的煤层为浸水煤层3-1。
如图3所示，步骤103中从该预爆巷1由内向外钻取的多个所述炮孔5分多排进行布设，多排所述炮孔5沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔5均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷1上方与两侧的炮孔5，每排所述炮孔5中的多个所述炮孔5均包括一个位于预爆巷1中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
本实施例中，所述煤层顶板包括直接顶7和位于直接顶7上方的老顶6。
本实施例中，步骤103中进行顶煤超前预爆破之前，在步骤101中施工完成的回风巷8-2尾部安装气体抽送设备；步骤103中进行顶煤超前预爆破过程中、步骤104中进行顶煤放水湿润过程中和步骤105中进行煤层开采过程中，通过回风巷8-2尾部安装的气体抽送设备将有毒有害气体抽出。
其中，步骤101中施工完成的回风巷8-2尾部，指的是回风巷8-2后端且其位于回采工作面2后方。
本实施例中，步骤106中采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填后，形成地面回填层10。实际进行回填时，还需对地面回填层10进行注水与碾压。采用建筑垃圾进行回填时，按煤炭采出量30％，每年充填建筑垃圾150万吨。这样，在改善地表环境的同时，也能有效降低采空区温度，并熄灭采空区发火的部位，进而减少漏风，阻隔地表雪融水和雨水等流进入井下工作面，保障了安全开采。现场工程实践表明，随采深增加，陆续由地面向塌陷区填注黄土和建筑垃圾，并辅以注水与碾压措施，能有效隔绝采空区与地面空气的联系，降低采空区整体温度，消除并防止采空区残煤自燃非常有效。
本实施例中，步骤101中所述预爆巷1的一巷多用，能有效降低煤矿开采成本，具体体现在以下几个方面：
第一、预爆巷1作为高抽巷使用：高抽巷指的是在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内挖掘的专用抽放巷道，而本发明中利用所述预爆巷1能有效将有毒有害气体(如瓦斯，主要成分为甲烷)抽出；
步骤105中进行煤层开采之前，通过预爆巷1抽出有毒有害气体，为后续工作面的正常回采提供安全保障；
第二、利用预爆巷1对下方煤层进行注水：实际进行注水时，采用注水设备(包括注水管路和安装在注水管路上的注水泵)从上自下进行煤层注水，因而预爆巷1能兼作注水软化煤体的工艺巷；
通过预爆巷1对下方煤层进行注水，实现在长时间水的浸润作用下软化煤体的目的，满足顶煤落放要求，能有效提高顶煤放出率，并能达到安全开采与增产提效的目的；同时，通过税浸润煤体，能有效降低煤体强度，驱动瓦斯和硫化氢等有毒有害气体排出；
第三、预爆巷1作为顶煤爆破巷使用：通过预爆巷1钻取多个炮孔5，对当前开采分层的顶煤进行爆破，能有效提高煤体破碎度，弱化顶煤与顶板，使顶板安全垮落；
同时，也可以通过预爆巷1由下至上或由上至下钻取多个注水孔，实现爆破孔与注水孔联合挤压爆破的目的，形成爆破后煤体水压致裂的综合作用过程。
本实施例中，对上一分层进行煤层开采之前，先按照步骤101至步骤103中所述的方法对下一分层进行巷道施工、预爆巷内有毒有害气体抽出和顶煤超前预爆破施工，这样通过上一分层进行煤层开采过程中产生的采动压力再次对下一分层顶煤进行二次破碎。
实际施工过程中，当所述急倾斜特厚煤层内含硫化氢气体时，步骤104中进行顶煤放水湿润过程中，通过所述注水设备向预爆巷1内注入碱性石灰水，这样能降低硫化氢气体，弱化煤体强度，提高顶煤冒放性。
如图4所示，进入采空区15m范围内，甲烷(即CH4)浓度保持在0.04％以下；之后，CH4浓度逐渐升高，进入采空区内23.8m位置处时，CH4浓度达到了最大值0.97％，但仍远低于爆炸界限5％-16％，并且采空区内23.8m位置处已经在采空区的窒息带范围内，因此CH4在采空区内没有爆炸条件。这表明通过在采空区后防注入氮气、泥浆以及提前抽放瓦斯，降低了回采工作面2及采空区的瓦斯含量，减少了矿井发生瓦斯爆炸和采矿区遗留煤炭自然的几率。
如图5所示，在回采工作面2后方0～14.8m范围内，氧气浓度保持在18％以上，采空区的氧气浓度比较富余，随回采工作面2向前推进冒落顶煤逐渐压实，孔隙逐渐密度降低，风阻增大，漏风强度减弱，这一方面为采空区浮煤自然提供了充分条件，这一范围内属于散热带区域；从回采工作面2后方14.8m开始，采空区的含氧量逐渐降低，回采工作面2后方14.8m～22.6m范围内，氧气浓度在10％～18％之间，从而判断这段区域属于自然带；但随着回采工作面2继续推进，冒落顶煤基本压实，漏风基本消失，氧气浓度迅速降低至10％以下，即进入“窒息带”，因此判定回采工作面2后方22.6m以后的采空区属于窒息带。
由上述内容可知，采用本发明后，回采工作面2的顶煤破碎程度和冒放性提高、回采明显提升，降低了顶板突然来压的危险性；同时，向采空区注浆和注水弱化煤体，降低了采空区的温度和采空区内瓦斯含量和氧气含量，这对熄灭采空区火源和降低采空区自然发火的可能性有明显改善。
实施例2
如图6、图7所示，本实施例中，与实施例1不同的是：步骤101中所施工预爆巷1的数量为多个；并且，当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷1的数量为三个。
三个所述预爆巷1由上至下分别为第一预爆巷、第二预爆巷和第三预爆巷，步骤103中从各预爆巷1由内向外钻取的多个所述炮孔5均分多排进行布设，多排所述炮孔5沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔5均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷1上方与两侧的炮孔5，每排所述炮孔5中的多个所述炮孔5均包括一个位于预爆巷1中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
步骤104中进行顶煤放水湿润过程中，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；并且，需确保所述底部预爆巷内侧底部始终有存水，且存水深度为20cm～30cm。
本实施例中，其余部分的施工方法均与实施例1相同。
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 (10)
1.一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：
步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：
步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面(2)前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷(1)；同时，在当前开采分层的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷(8-1)和回风巷(8-2)；
所述预爆巷(1)位于当前开采分层的回采工作面(2)上方且其呈水平布设，所述预爆巷(1)与当前开采分层的回采工作面(2)呈平行布设；多个所述预爆巷(1)由上至下布设，多个所述预爆巷(1)中位于最下部的预爆巷(1)为底部预爆巷；
步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷(1)内均安装气体抽送设备，并通过所述气体抽送设备将预爆巷(1)内的有毒有害气体抽出；
步骤103、顶煤超前预爆破：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，从该预爆巷(1)由内向外钻取多个炮孔(5)，多个所述炮孔(5)均位于预爆巷(1)的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷(1)对多个所述炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔(5)，对当前开采分层中位于预爆巷(1)上方的煤层进行 爆破；
当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，从各预爆巷(1)分别由内向外钻取多个炮孔(5)，钻取的所有炮孔(5)均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷(1)对钻取的所有炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔(5)，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；
步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，在该预爆巷(1)内安装注水设备，并通过所述注水设备向预爆巷(1)内注水，对当前开采分层中位于预爆巷(1)下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；
步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；
步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中对当前开采分层进行回采过程中，随回采工作面(2)不断向前推进，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷(8-2)中安装的氮气输送设备，向回采工作面(2)后方的采空区内连续注入氮气，降低采空区内的含氧量；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面(2)后方的采空区与外界空气隔绝；
步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。
2.按照权利要求1所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：步骤106中进行工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填 时，随回采工作面(2)不断向前推进，通过从地下由上至下钻入至回采工作面(2)后方采空区内的注浆孔，向回采工作面(2)后方的采空区内注入黄土泥浆，以降低回采工作面(2)后方采空区内的温度。
3.按照权利要求1或2所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面(2)后方的采空区内连续注入氮气时，对回采工作面(2)后方采空区内的氧气浓度进行实时监测，并根据监测结果对所述氮气输送设备的注入流量进行调节。
4.按照权利要求3所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面(2)后方的采空区内连续注入氮气后，使回采工作面(2)后方Dm以后区域内的氧气体积浓度均低于10％，其中D＝20m～25m。
5.按照权利要求1或2所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷(1)的数量为多个；且当步骤101中当前开采分层的层厚不大于4m时，所施工预爆巷(1)的数量为一个。
6.按照权利要求5所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷(1)的数量为三个。
7.按照权利要求6所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：三个所述预爆巷(1)由上至下分别为第一预爆巷、第二预爆巷和第三预爆巷，步骤103中从各预爆巷(1)由内向外钻取的多 个炮孔(5)均分多排进行布设，多排所述炮孔(5)沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔(5)均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷(1)上方与两侧的炮孔(5)，每排所述炮孔(5)中的多个所述炮孔(5)均包括一个位于预爆巷(1)中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
8.按照权利要求1或2所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个，步骤103中从该预爆巷(1)由内向外钻取的多个所述炮孔(5)分多排进行布设，多排所述炮孔(5)沿工作面长度方向由左至右布设，每排所述炮孔(5)均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷(1)上方与两侧的炮孔(5)，每排所述炮孔(5)中的多个所述炮孔(5)均包括一个位于预爆巷(1)中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。
9.按照权利要求1或2所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：步骤103中进行顶煤超前预爆破之前，在步骤101中施工完成的回风巷(8-2)尾部安装气体抽送设备；步骤103中进行顶煤超前预爆破过程中、步骤104中进行顶煤放水湿润过程中和步骤105中进行煤层开采过程中，通过回风巷(8-2)尾部安装的气体抽送设备将有毒有害气体抽出。
10.按照权利要求1或2所述的一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征在于：每个所述开采节段均由上至下分为三个分层，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。
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