CN104929642A - 大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放煤量分区域控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，所开采的煤层厚度3.5m以上，对综放工作面分区域放煤开采，包括如下步骤：步骤一，伪仰斜工作面确定:选择一个伪仰斜变角度走向长壁工作面作为所述的大倾角煤层的实际开采工作面，步骤二，顶煤放出量控制原则确定：根据各个分区特性确定大倾角煤层变角度工作面必须满足“上足、中少、下尽”的顶煤放出量分区域控制原则；步骤三，顶煤放出工艺及参数确定，对各个区域采用不同的工艺及参数。该方法设计合理、顶煤控制工艺简单能有效地解决大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出率低、顶板管理困难、“支架-围岩”系统稳定性差等实际问题。

Description

大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放煤量分区域控制方法

技术领域

本发明涉及一种放顶煤开采顶煤放煤量控制方法，尤其涉及大倾角煤层变角度工作面顶煤放出量分区域控制方法。

背景技术

大倾角煤层是倾斜和急斜煤层的一部分，一般是指埋藏倾角为35°～55°的煤层，是一类特殊埋藏条件的煤层和国际采矿界公认的难采煤层。目前，综放开采技术被广泛用于大倾角厚煤层单一角度工作面开采，并根据大倾角煤层开采采场围岩变形破坏和应力分布的非均匀特征、采空区矸石分区域充填特征，采用“上少、中足、下尽(1:3:2)”的分区域顶煤放出量控制工艺及参数可以在支架与装备稳定的前提下实现顶煤的有效放出，顶煤回收率超过80％，实现大倾角煤层单一角度综放工作面的快速稳定推进，年产提高80-100万吨。

大倾角煤层变角度综放工作面受煤层倾角、工作面角度变化影响，工作面不同区域围岩变形破坏、应力分布、支架-围岩相互关系及顶煤冒放性较单一角度综放工作面更为复杂，现有单一角度工作面分区域放煤控制工艺和参数存在顶板管理困难、顶煤放出率低、工作面“支架-围岩”系统稳定性差，不能保证安全高效开采。必须根据大倾角煤层变角度综放工作面围岩变形破坏、应力分布和支架稳定性特征入手，提出变角度综放工作面顶煤放出量控制原则，确定其顶煤控制工艺和参数。

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的不足，提供一种大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其设计合理、顶煤控制工艺简单能有效地解决大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出率低、顶板管理困难、“支架-围岩”系统稳定性差等实际问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，所开采的煤层厚度3.5m以上，是对综放工作面分区域放煤开采；包括如下步骤：

步骤一，伪仰斜工作面确定:选择一个伪仰斜变角度走向长壁工作面作为大倾角煤层的实际开采工作面，即大倾角煤层变角度综放工作面，其上部区域倾角α₁为25°—35°，中部区域倾角α₂为35°—45°，下部区域倾角α₃为45°—55°，且α₁＜α₂＜α₃，伪仰斜工作面与真倾斜工作面面的夹角为0°—7°，伪仰斜工作面倾斜长度不小于150m；

步骤二，顶煤放出量控制原则确定：所述伪仰斜工作面综放开采受煤层倾角变化影响，工作面“顶板(R)-支架(S)-底板(F)”系统稳定性、顶煤放出率、采空区矸石充填具有明显的分区特性，具体为：工作面下部区域是工作面稳定的基础，顶煤放出困难，尽量进行放煤；上部区域是实现工作面安全高效生产的主体，提高该区域顶煤放出率，进行充分放煤；中部区域是工作面系统稳定与安全高效生产转换的关键区域，在保证中部区域“顶板(R)-支架(S)-底板(F)”系 统稳定性基础上，提高该中部区域的顶煤放出量；根据以上分区特性确定大倾角煤层变角度工作面必须满足“上足、中少、下尽3:2:1”的顶煤放出量分区域控制原则；

步骤三，顶煤放出工艺及参数确定：将大倾角变角度综放工作面的不同区域采用不同放煤方式，上部区域采用两采一放的采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深，单轮单口顺序放煤方式；中部区域采用两采一放的采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深，双轮单口顺序放煤方式；下部区域采用一采一放的采煤工艺，放煤步距为采煤机截深，双轮多口间隔顺序放煤顺序。

作为本发明进一步的方案：所述大倾角煤层变角度综放工作面采用两柱支顶掩护式低位放顶煤液压支架，支架采用大推力千斤顶和箱型侧护板，工作阻力7000kN,底调千斤顶可联动或分开伸缩。

作为本发明进一步的方案：大倾角煤层变角度综放工作面采用前后刮板输送机进行运输，输送机功率不低于900kW，工作面利用采煤机、刮板输送机、液压支架，三机配合方式并加装防止装备下滑的装置。

作为本发明进一步的方案：上述大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法适用于大倾角厚及特厚综放开采工作面，工作面倾角呈背斜起伏变化，表现为工作面上、中、下部区域倾角不断增大，工作面长度明显大于单一角度大倾角煤层综采工作面长度(80-120m)，为150-180m。

作为本发明进一步的方案：所述采煤机截深为0.8m。

本发明具有以下优点：

(1)顶煤放出量分区域控制设计合理、工作面各区域顶煤放煤工艺简单且实施方便。

(2)所采用的大倾角煤层变角度综放工作面放煤分区域控制方法和工作面变角度伪斜布置方式，增加了大倾角工作面长度，大幅度降低了大倾角煤层开采过程中所存在的危险系数，为实现该类煤层安全高效生产奠定基础，同时，在保证工作面“支架-围岩”系统的稳定性前提下实现顶煤的有效放出，提高了工作面顶煤回收率，有效解决了大倾角煤层变角度工作面“工作面产量-质量与支架-围岩稳定性”之间的矛盾。

综上所述，本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法能够有效的解决“工作面产量-质量与支架-围岩稳定性”之间的矛盾，实现工作面安全高效生产。

附图说明

图1为本发明所确定大倾角煤层变角度工作面伪斜布置示意图。

图2为本发明工作面顶煤放出量分区域控制俯视图。

图3为图2的Ⅰ-Ⅰ剖面图。

附图标记说明：ABCD-伪仰斜工作面，∠AB₁G、∠AC₁F、∠AC₁E-工作面上部、中部、下部区域的真倾角，即各区域煤层倾角α₁、α₂、α₃，∠ABG、∠ACF、∠ACE-工作面上部、中部、下部区域的伪倾角，L_真-真倾斜长度，L_伪-伪倾斜长度，D₁D-工作面走向推进方向，AB₁、B₁C₁、C₁D₁-工作面上部、中部、下部区域的倾斜方向；1-回风 巷，2-运输巷，3-工作面，4-超前单体支柱，5-上端头支架，6-排头支架，7-液压支架，8-排尾支架，9-下端头支护，10-前部刮板输送机，11-采煤机，12-后部刮板输送机，13-转载机，14-放煤窗口，15-煤层底板，16-煤层，17-煤层顶板，18-放煤漏斗，l-液压支架中心距，d-采煤机滚筒直径，L-工作面长度，L₁-工作面上部区域(AB)，L₂-工作面中部区域(BC)长度，L₃-工作面下部区域(CD)长度，d₁-工作面上部、中部区域放煤步距，d₂-工作面下部区域放煤步距，H-采煤机割煤高度，h-放煤高度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。

如图1、图2、图3所示，大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，所开采的大倾角煤层为倾角在25°～55°范围内呈背斜起伏变化的厚及中厚煤层，其综放开采顶煤控制方法包括以下步骤：

步骤一：伪仰斜工作面确定，选择一个伪仰斜工作面作为所述的大倾角厚煤层的实际开采工作面，所述的伪仰斜工作面倾角呈背斜变化，上部区域倾角α₁为25°-35°，中部区域倾角α₂为35°-45°，下部区域倾角α₃为45°-55°，且α₁＜α₂＜α₃，伪仰斜工作面与真倾斜工作面的夹角约为0°～7°，工作面倾斜长度大于150-180m；

结合图1，途中ABCD为伪仰斜工作面，∠AB₁G、∠AC₁F、∠AC₁E分别为工作面上部、中部、下部区域的真倾角，即各区域煤层倾角为α₁、α₂、α₃，∠ABG、∠ACF、∠ACE分别为工作面上部、 中部、下部区域的伪倾角，L_真为真倾斜长度，L_伪为伪倾斜长度，D₁D为工作面走向推进方向，AB₁、B₁C₁、C₁D₁为工作面上部、中部、下部区域的倾斜方向；

步骤二：顶煤放出量控制原则确定，工作面上部AB段倾角较小，顶煤破碎程度及“支架-围岩”系统稳定性类似于倾斜煤层开采，应充分放出顶煤；工作面下部区域CD段倾角较大，受充填矸石作用，顶煤易被压实，较难放出，应尽量放出，工作面中部区域BC段倾角处于大倾角煤层临界值，支架处于下滑临界状态，稳定具有随机性，应控制性放出顶煤，确定大倾角煤层变角度工作面必须满足“上足、中少、下尽(3:2:1)”的顶煤放出量分区域控制原则；

步骤二：顶煤放出工艺及参数确定，以上述步骤一中所确定的伪仰斜工作面为实际开采工作面，以步骤二所确定的顶煤放出量控制原则，对所述大倾角厚煤层变角度工作面综放开采顶煤放出量进行分区域控制，上述工作面采用下行放煤，上部区域采用“两采一放”采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深(0.8m)，单轮单口顺序放煤方式；中部区域采用“两采一放”采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深(0.8m)，双轮单口顺序放煤方式；下部区域采用“一采一放”采煤工艺，放煤步距为采煤机截深(0.8m)，双轮多口间隔顺序放煤顺序。

结合图2、图3，实际开采过程中，采煤机11上端头斜切进刀，下行割煤(A→B→C→D)，工作面3落煤通过前部刮板输送机11，经转载机13运出，移上端头支架5、排头支架6、排尾支架8、下端 头支架9，采煤机11上行清浮煤(清浮煤推进方向D→C→B→A)时液压支架7开始放顶煤，不同区域放煤步距、放煤方式不同，顶煤经过液压支架7的放煤窗口14落在后部刮板输送机12上，经转载机13运出，推前部刮板输送机11，拉后部刮板输送机12，采煤机11上端头斜切进刀，进入下一个循环。为利于端头管理，上端头支架5、排头支架6、排尾支架8、下端头支架9不进行放煤。为了防止老顶突然来压对工作面3造成威胁，工作面3开始不放煤，沿走向推进5.0m后，开始第一次放煤。

AB段为工作面上部区域，放煤步距d₁为两倍割煤深度，即“两采一放”，单轮单口顺序放煤工艺方式，放煤工从a₁支架开始放煤，见矸时关闭放煤窗口14，进行a₂支架放煤，如此自上而下依次放煤，至AB段所有支架a_i放煤结束。

BC段为工作面中部区域，放煤步距d₁为两倍割煤深度，即“两采一放”，双轮单口顺序放煤工艺方式，第一个放煤工从b₁支架开始放煤，待b₁支架放煤口煤量明显减小时，关闭b₁支架放煤窗口14，进行b₂支架放煤，如此自上而下依次放煤，至BC段所有支架b_i结束完成第一轮放煤，此时，第二个放煤工开始从b₁支架开始自上而下选择性的补放，依次进行，并见矸时关闭放煤口停止放煤，至最后b_i支架结束完成第二轮放煤。

CD段为工作面下部区域，放煤步距d₂为割煤深度，即“一采一放”，双轮多口间隔顺序放煤工艺方式，第一个放煤工从c₁支架开始放煤，c₁支架放煤30s后，第二个放煤工从c₃支架开始放煤，待 c₁支架放煤口煤量明显减小时，第一个放煤工关闭c₁支架放煤口进行c₂支架的放煤工作，待c₃支架放煤口煤量明显减小时，第二个放煤工关闭c₃支架放煤口进行c₄支架的放煤工作，当第一个放煤工、第二个放煤工放煤至c₁₀支架时，第三个放煤工开始从c₁支架开始自上而下进行第二轮选择性补放，并且见矸时关闭放煤窗口停止放煤。

本实施例中，所述的大倾角煤层变角度工作面综放开采煤层倾角在25°～55°范围内呈背斜起伏变化，工作面上部区域煤层平均倾角25°，中部区域平均倾角35°，下部区域平均倾角45°，煤层厚度6.8-9.8m，平均厚度8.15m，工作面割煤高度3.0m，放煤高度5.15m，采放比1:1.72.

本实施例中，所述工作面采用四柱支撑掩护式正四连杆大插板低位放顶煤液压支架，放顶煤工作在采煤机返机清浮煤时正式开始。采煤机下行割煤时进行适量放顶煤，放顶煤滞后移架距离为5架，采放平行作业。

本实施例中，放煤时，先收回支架放煤插板，并操作尾梁千斤顶，使尾梁摆到适当位置，以便能使顶煤直接流入后部输送机；可协调配合操作相邻两台支架，多次反复摆动尾梁使大块煤破碎，便于放净；必须注意控制放煤量，保证后部输送机和转载机不过载；支架后喷雾必须打开，无喷雾或喷雾不完好不准放煤。

综上，实际开采过程中，实际开采工作面为伪斜变角度布置，且沿煤层走向推进；工作面选用四柱支撑掩护式正四连杆大插板低位放顶煤液压支架，下行放煤，工作面上部区域“两采一放”放煤步距、单轮单口顺序放煤工艺方式，中部区域采用“两采一放”放煤步距、双轮单口顺序放煤，下部区域采用“一采一放”放煤步距、双轮多口间隔顺序放煤方式。实现了工作面“上足、中少、下尽(3:2:1)”的顶煤放出量分区域控制，保证了工作面的安全高效生产。

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 (5)

1.大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其特征在于，所开采的煤层厚度3.5m以上，是对综放工作面分区域放煤开采；包括如下步骤：

步骤一，伪仰斜工作面确定:选择一个伪仰斜变角度走向长壁工作面作为大倾角煤层的实际开采工作面，即大倾角煤层变角度综放工作面，其上部区域倾角α₁为25°—35°，中部区域倾角α₂为35°—45°，下部区域倾角α₃为45°—55°，且α₁＜α₂＜α₃，伪仰斜工作面与真倾斜工作面面的夹角为0°—7°，伪仰斜工作面倾斜长度不小于150m；

步骤二，顶煤放出量控制原则确定：工作面下部区域是工作面稳定的基础，顶煤放出困难，尽量进行放煤；上部区域是实现工作面安全高效生产的主体，提高该区域顶煤放出率，进行充分放煤；中部区域是工作面系统稳定与安全高效生产转换的关键区域，在保证中部区域顶板、支架、底板的系统稳定性基础上，提高该中部区域的顶煤放出量；根据以上分区特性确定大倾角煤层变角度工作面必须满足上足、中少、下尽的顶煤放出量分区域控制原则；

步骤三，顶煤放出工艺及参数确定：将大倾角变角度综放工作面的不同区域采用不同放煤方式，上部区域采用两采一放的采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深，单轮单口顺序放煤方式；中部区域采用两采一放的采煤工艺，放煤步距为两倍的采煤机截深，双轮单口顺序放煤方式；下部区域采用一采一放的采煤工艺，放煤步距为采煤机截深，双轮多口间隔顺序放煤顺序。

2.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其特征在于：所述大倾角煤层变角度综放工作面采用两柱支顶掩护式低位放顶煤液压支架，支架采用大推力千斤顶和箱型侧护板，工作阻力7000kN,底调千斤顶可联动或分开伸缩。

3.根据权利要求1所述的大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其特征在于：大倾角煤层变角度综放工作面采用前后刮板输送机进行运输，输送机功率不低于900kW，工作面利用采煤机、刮板输送机、液压支架，三机配合方式并加装防止装备下滑的装置。

4.根据权利要求1所述的大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其特征在于：所述伪仰斜工作面倾斜长度为150-180m。

5.根据权利要求1所述的大倾角煤层变角度综放工作面顶煤放出量分区域控制方法，其特征在于：所述采煤机截深为0.8m。