CN104975857B - 全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，其包括如下步骤：进行区段运输平巷和采煤工作面的掘进，形成单折角二分段式巷道；通过在区段运输平巷和采煤工作面安装漏泄式送风通道，向单折角二分段式巷道输送新鲜风流；通过将单折角二分段式巷道用作回风通道，使单折角二分段式巷道和漏泄式送风通道组合成巷道的通风系统；其中，单折角二分段式巷道的布局没有区段隔离煤柱及沿空平巷。本发明的方法，巷道布置合理、简单，减少巷道掘进和维护工程量，降低巷道掘进设备、围岩支护及工资等费用，避免因沿空平巷带来的围岩支护难题，提高对煤炭资源的回采率，使巷道内风量分配合理。

Description

全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法

技术领域

本发明涉及矿业工程领域，尤其涉及一种全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法。

背景技术

传统的井工开采过程中，需沿着区段开采范围内的层状煤体布设由区段运输平巷1a、采煤工作面2和区段回风平巷(即沿空平巷)3组合形成的双折角三分段式巷道，相邻区段之间留设区段隔离煤柱4，采煤工作面2布置端头支架7a、液压支架7b、采煤机8和刮板输送机9等，区段运输平巷1a布置轨道13、皮带输送机14、设备列车等，区段留设隔离煤柱和沿空平巷采煤法的双折角三分段式布置如图1～3所示。当采用双折角三分段式巷道的布置方式时，在回采过程中，采煤工作面上覆岩层由液压支架7b承载，采煤工作面的上端头和下端头由端头支架7a支护，以便保持区段运输平巷1a、采煤工作面2和区段回风平巷3畅通，使得新鲜风流15由区段运输平巷进入，污风16由区段回风平巷排入主要回风巷道。

一般情况下，相邻区段之间留设的隔离煤柱宽度在3～50m之间，这些隔离煤柱未被开采，造成损失煤量较大；沿空平巷受相邻采空区覆岩剧烈运动引起的侧向高支承压力影响，经常会出现顶板剧烈下沉、严重片帮及强烈底鼓等强矿压现象，需要投入大量人力、物力、财力保障巷道安全畅通，尤其当隔离煤柱宽度较小时，沿空平巷矿压显现程度将进一步加剧；在本区段工作面回采过程中，超前支承压力与侧向支承压力叠加，使得巷道支护难度更大，超前工作面在0～50m范围内，巷道围岩极易冒顶垮帮，因此，造成靠近相邻区段采空区5一侧的巷道维护异常困难。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，其大幅减少全井工开采条件下区段巷道掘进及维护工程量，提高煤炭资源采出率。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，其包括如下步骤：

进行区段运输平巷和采煤工作面的掘进，形成仅由区段运输平巷和采煤工作面组合而成的单折角二分段式巷道；

通过在所述区段运输平巷和采煤工作面安装漏泄式送风通道，向所述单折角二分段式巷道输送新鲜风流；

通过将所述单折角二分段式巷道用作回风通道，使所述单折角二分段式巷道和所述漏泄式送风通道组合成巷道的通风系统；

其中，所述单折角二分段式巷道的布局没有区段隔离煤柱及沿空平巷。

其中，形成所述单折角二分段式巷道包括如下步骤：

进行区段运输平巷的掘进；

进行采煤工作面的掘进，使采煤工作面的下端头与所述区段运输平巷前端头相连并形成单折角；

其中，所述采煤工作面的上端头延伸至相邻区段采空区边缘的煤岩分界区。

其中，安装所述漏泄式送风通道包括如下步骤：

进行区段运输平巷掘进时，每滞后掘进头第一距离，均在形成的巷道帮部或顶板上布设一段第一进风管，并使相邻两段的第一进风管连通为一体，以便形成第一进风通道；

进行采煤工作面掘进时，每滞后掘进头第二距离，均在形成的巷道帮部或顶板上布设一段第二进风管，并使相邻两段的第二进风管连通为一体，以便形成第二进风通道；

其中，位于所述区段运输平巷前端头的第一进风管和位于所述采煤工作面下端头的第二进风管连通为一体，以便所述第一进风通道和所述第二进风通道连通形成所述漏泄式送风通道；

其中，所述漏泄式送风通道上开设有多个用于向外送风的送风孔。

优选的，所述漏泄式送风通道的送风孔处设置有用于调节风量、风速及风向的调节阀。

优选的，所述第一进风管为刚性进风管或柔性进风管，所述第二进风管为柔性进风管。

其中，所述第二进风通道的上端延伸至煤岩分界区。

进一步的，还包括对采煤工作面进行支护的步骤，其包括：

在所述采煤工作面的上端头处安装带侧护帮板的端头支架；

在所述采煤工作面的上部安装端头支架；

在所述采煤工作面的中部安装液压支架；

在所述采煤工作面的下端头处安装端头支架；

其中，所述带侧护帮板的端头支架与所述煤岩分界区接触。

更进一步的，对所述采煤工作面进行支护还包括如下步骤：

在对相邻区段工作面进行回采期间，对所述煤岩分界区进行预先加强支护。

或者，对所述采煤工作面进行支护还包括如下步骤：

在对采煤工作面进行掘进及对本区段进行回采过程中，对所述煤岩分界区的围岩进行支护。

其中，所述采煤工作面为综合机械化采煤工作面或普通机械化采煤工作面。

与现有技术相比，本发明的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法具有如下优点：

1、本发明提供了一种单折角二分段式巷道的布置方法，其创新了现有技术中的区段巷道布置方式，避免了沿空巷道剧烈矿压显现带来的围岩控制难题；简化了区段巷道布置系统，显著减少了区段巷道掘进和维护工程量，降低了巷道掘进设备、围岩支护及工资费用等；取消了现有技术采煤方法中需在相邻区段采空区与本区段回风平巷之间留设的区段隔离煤柱，大幅提高了煤炭资源回采率。

2、本发明提供的压入式风管漏泄通风系统，使采煤工作面和区段运输平巷各分段区域的风量分配合理，易于满足全区域新鲜风的需求，减小了供风动力的消耗，避免了采煤工作面和区段运输平巷风量大、风速高、噪音大等问题，且能有效阻止有毒、有害气体涌入采煤工作面和区段运输平巷，同时也起到防灭火的作用。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是现有技术的区段留设煤柱和沿空平巷采煤法的双折角三分段布置图；

图2是图1的A’-A’剖面图；

图3是图1的B’-B’剖面图；

图4是本发明的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法中的单折角二分段式布置图；

图5是图4的A-A剖面图；

图6是图4的B-B剖面图。

附图标记说明：1a、区段运输平巷；1b、区段运输平巷；2、采煤工作面；3、沿空平巷；4、区段隔离煤柱；5、相邻区段采空区；6、本区段采空区；7a、端头支架；7b、液压支架；7c、带侧护帮板的端头支架；8、采煤机；9、刮板输送机；10、第一进风管；11、第二进风管；12、调节阀；13、轨道；14、皮带输送机；15、新鲜风流；16、污风。

具体实施方式

如图4所示，为本发明提供的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法的布置方式图，由图可知，本发明的采煤巷道具有单折角的二段式巷道。

具体的，如图4～6所示，本发明的采煤方法中包括仅由区段运输平巷1b和采煤工作面2组合而成的单折角二分段式巷道，其中，区段运输平巷1b的前端头和采煤工作面2的下端头连接并形成单折角，而采煤工作面2的上端头延伸至相邻区段采空区边缘的煤岩分界区，即，单折角二分段式巷道的布局没有区段隔离煤柱及沿空平巷。除了单折角二分段式巷道，本发明的采煤方法还包括在区段运输平巷1b和采煤工作面2上安装的用于向单折角二分段式巷道输送新鲜风流15的漏泄式送风通道，以及由单折角二分段式巷道形成的用于将采煤工作后形成的污风16排出的回风通道，因此，回风通道和漏泄式送风通道组合形成了单折角二分段式巷道的通风系统。此外，本发明的采煤方法还包括采用支护装置对采煤工作面进行支护的步骤，该支护装置包括：安装在采煤工作面2上端头处的带侧护帮板的端头支架7c；安装在采煤工作面2上部的端头支架7a；安装在采煤工作面2中部的液压支架7b；安装在采煤工作面2的下端头处的端头支架7a；其中，带侧护帮板的端头支架7c与煤岩分界区相接触以便于支护该煤岩分界区的围岩。

下面，描述本发明的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，其包括如下步骤：

进行区段运输平巷1b和采煤工作面2的掘进，形成仅由区段运输平巷1b和采煤工作面2组合而成的单折角二分段式巷道；

通过在区段运输平巷1b和采煤工作面2安装漏泄式送风通道，向单折角二分段式巷道输送新鲜风流；

通过将单折角二分段式巷道用作回风通道，使单折角二分段式巷道和漏泄式送风通道组合成巷道的通风系统；

其中，单折角二分段式巷道的布局没有区段隔离煤柱及沿空平巷。

具体的，进行单折角二分段式巷道掘进包括如下步骤：先进行区段运输平巷1b的掘进，再进行采煤工作面2的掘进，其中，采煤工作面2的下端头与区段运输平巷1b的前端头相连并形成一个折角，而采煤工作面2的上端头延伸至相邻区段采空区边缘的煤岩分界区，从而在本区段与相邻区段采空区5的边缘之间不需留设区段隔离煤柱。

其中，采煤工作面通过开掘切眼的方式布置，其可以是综合机械化采煤工作面，也可以是普通机械化采煤工作面等。采煤工作面和区段运输平巷的掘进都是采用现有技术的方法，在此不对其掘进过程进行详细描述。

本发明的单折角二分段式巷道仅由区段运输平巷1b和采煤工作面2组合而成，无沿空平巷，从而创新了现有技术中布置巷道时，需进行两折角三段式巷道布置的思想，并简化了区段巷道的布置系统，减少了区段巷道掘进和维护工程量，降低了巷道掘进设备、围岩支护及工资等费用，并且相对于现有技术的采煤方法来说，取消了需在相邻区段采空区与本区段回风平巷之间所留设的具有一定宽度的区段隔离煤柱，使得煤炭资源的回采率提高。

在进行单折角二分段式巷道掘进的同时，还需安装通风系统。本发明的通风系统为压入式风管漏泄通风系统，其包括漏泄式送风通道、回风通道及相应的用于使新鲜风流动的送风设备。其中，漏泄式送风通道随着单折角二分段式巷道的掘进而安装，其将送风设备产生的新鲜风流输送到仅由区段运输平巷和采煤工作面组合而成的巷道内。而送风设备可以采用大型空气压缩机或局扇，如果采用大型空气压缩机，其可以被布置于地面或井下硐室内，如果采用局扇，则可以被布置于井下提供新鲜风流的巷道内。

具体的，安装漏泄式送风通道包括如下步骤：

进行区段运输平巷1b的掘进时，每滞后掘进头第一距离，均在掘进区段运输平巷时对应形成的巷道帮部或顶板上布设一段第一进风管10，而相邻两段的第一进风管通过可拆卸的方式连接在一起，形成了连通的第一进风通道，并且，在每相邻两段第一进风管的搭接处设置用于向外送风的送风孔，或每隔一定距离在相邻两段第一进风管的搭接处设置用于向外送风的送风孔；

进行采煤工作面2的掘进时，每滞后掘进头第二距离(第二距离、第一距离依据掘进的实际情况确定)，均在掘进采煤工作面时对应形成的巷道帮部或顶板上布设一段第二进风管11，而相邻两段的第二进风管通过可拆卸的方式连接在一起，形成连通的第二进风通道，并且，在每相邻两段第二进风管的搭接处也设置用于向外送风的送风孔，或每隔一定距离在相邻两段第二进风管的搭接处设置用于向外送风的送风孔；

其中，位于区段运输平巷1b前端头的第一进风管10和位于采煤工作面2下端头的第二进风管11连通为一体，以便第一进风通道和第二进风通道连通形成用于向单折角二分段式巷道内提供新鲜风的漏泄式送风通道。

优选的，为了可以根据巷道内的具体情况进行出风量、风速及风向的调节，本发明在漏泄式送风通道的每个送风孔处均设置有一个调节阀12。

优选的，第一进风管10可以采用由刚性材料制成的刚性进风管，比如，第一进风管可以为钢管，多段钢管连接形成第一进风通道，或者，第一进风管也可以采用由柔性材料制成的柔性进风管；而第二进风管11采用由柔性材料制成的柔性进风管，从而可以适应移架需要，比如，第二进风管可以为塑料管或尼龙管，多段塑料管或尼龙管连接形成第二进风通道。其中，每段第一/第二进风管的长度可以在5m～20m之间。

其中，第一进风通道的第一段刚性进风管(即，位于第一进风通道入口端的一段刚性进风管)与大型空气压缩机或局扇连接，而第一进风通道的最后一段刚性进风管(即，位于第一进风通道出口端的一段刚性进风管)的末端距离采煤工作面在10～20m的范围内。而第二进风通道的第一段柔性进风管(即，位于第二进风通道入口端的一段柔性进风管)与位于区段运输平巷内的最后一段刚性进风管的末端相连接，而第二进风通道的最后一段柔性进风管(即，位于第二进风通道出口端的一段柔性进风管)的末端延伸至采煤工作面上端头的煤岩分界区，即，构成第二进风通道的多段柔性进风管贯穿整个采煤工作面。

当然，本发明的第一、第二进风管还可以分别采用直径较大的进风筒，且进风筒可以为橡胶涂帆布风筒、塑料涂帆布风筒、橡塑涂帆布风筒等。

为了以防本发明巷道内的供风量不足或设备故障而出现安全问题，本发明在巷道内布置1～3套压入式风管漏泄通风系统。在回采期间，由大型空气压缩机或局扇引出的新鲜风流15经第一进风通道和第二进风通道进入采煤工作面2，布置在进风通道上的送风口均可供新鲜风15，供风量依据采煤工作面2各区域的实际情况而定，污风16经采煤工作面2上端头流至其下端头、再流经区段运输平巷1b进入主要回风巷道，最终形成一个完整的压入式风管漏泄通风系统。此外，在回采期间，工作面每推进一定距离，布置在区段运输平巷1b的各段刚性进风管10需定期逐节拆除，并及时与对应的柔性进风管11对接，以保持采煤工作面2通风安全的需要。

在对单折角二分段式巷道进行掘进的同时，还需要将相应的设备安置在巷道内。比如，在区段运输平巷上布置轨道13、皮带输送机14、人行道及其它设备，上述各装置的空间布置方式依据具体情况而定，结构和布置过程与现有技术的结构和布置过程相同，在此不进行细述。又如，在采煤工作面上布置支护装置、采煤机8、刮板输送机9等采煤设备，上述采煤机8、刮板输送机9的结构和布置过程与现有技术的结构和布置过程相同，在此不进行细述。

下面描述在对单折角二分段式巷道掘进施工结束后，对采煤工作面2进行支护的方法。

在采煤工作面2的上端头处安装带侧护帮板的端头支架7c，带侧护帮板的端头支架7c的顶梁与相邻区段的煤岩分界区相接触，以便对该煤岩分界区的围岩进行支护；

在采煤工作面2的上部继续安装另一套端头支架7a，所述的另一套端头支架7a位于带侧护帮板的端头支架7c下方且与其紧挨着；

在采煤工作面2的中部安装一套液压支架7b，所述一套液压支架7b位于端头支架7a下方且与其紧挨着；

在采煤工作面2的下端头处安装一套端头支架7a，所述一套液压支架7a位于采煤工作面中部液压支架7b下方且与其紧挨着。

其中，每套端头支架7a包括多个端头支架，每套液压支架7b包括多个液压支架，每套带侧护帮板的端头支架7c包括至少一个侧护板支架，本发明的安装在液压支架7b上方和下方的端头支架的结构相同，其结构可采用现有技术中的端头支架的结构，而液压支架也可采用现有技术中的液压支架的结构，带侧护帮板的端头支架的结构也可以采用现有技术中的带有侧护板的支架的结构，在此，对上述各支架的结构不进行详细描述。

需要说明的是，为了确保漏泄式送风通道的第二进风通道的工作可靠，第二进风通道的每段柔性进风管可以悬挂于安装在采煤工作面上的上述各支架的下方或者其他安全位置，并且至少每隔5～15个液压支架，在第二进风通道上设置一个上述的带有调节阀的送风孔。

需要特别注意的是，针对煤岩分界区稳定性问题，可依据煤岩分界区的岩性特征，在相邻区段工作面进行回采期间，预先对煤岩分界区采取稳定性控制措施，也可以在对本区段采煤工作面2开切眼掘进及回采过程中，采取必要的加强支护措施。可选择的措施除了上述的在煤岩分界区采用大型侧护板支架外，还包括采用锚网支护、超前喷注浆、预置注浆管、单体支柱等，以防止煤岩分界区矸石窜入采煤工作面，从而确保采煤机能够正常运行和正常移架作业。

综上，对本发明的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法的施工步骤进行简要描述。

1、先掘进本工作面的区段运输平巷1b，再掘进采煤工作面2。其中，采煤工作面2是通过开掘切眼的方式施工，其下端头与区段运输平巷形成一个折角，其上端头延伸至相邻区段采空区的煤岩分界区。

需要说明的是，在掘进本工作面区段运输平巷1b时，滞后掘进头一定距离应及时铺设轨道13和皮带输送机14，架设第一进风通道的第一进风管等其他设备，以保证施工安全和通风需求；在掘进开切眼时，及时铺设临时皮带输送机14等设备，并架设第二进风通道的第二进风管，待开切眼施工结束后，回撤皮带输送机14等。

2、开切眼施工结束后，安装采煤工作面2的采煤设备，并采用支护装置对采煤工作面进行支护。其中，支护装置从采煤工作面2上端头至下端头依次安装顺序为：带侧护帮板的端头支架7c→常规的端头支架7a→液压支架7b→常规的端头支架7a(如图4所示)。

3、在采煤工作面支架安装过程中，将第二进风通道的各柔性进风管11安置于端头支架7a、液压支架7b、带侧护帮板的端头支架7c下方的适当位置，以保证第二进风通道畅通。特别说明的是，上述的压入式风管筒漏泄通风系统设备布置1～3套，以防供风量不足或故障而出现安全问题。

4、待采煤工作面2设备安装结束后，试运行采煤设备。由大型空气压缩机或局扇引出的新鲜风流15经第一进风通道、第二进风通道进入采煤工作面2，及时调整采煤工作面2第二进风通道上的各柔性进风管11上的调节阀12，确保采煤工作面2各区域供风量、风速、风向和噪音在合理范围之内，并使污风16经采煤工作面2的上端头流至下端头、再流经区段运输平巷1b进入主要回风巷道，最终形成一个完整的压入式风管筒漏泄通风系统。

5、在回采期间，采煤工作面2每推进一定距离，布置在区段运输平巷1b的第一进风通道的对应刚性进风管筒10需要定期逐节拆除，并及时与对应的柔性进风管11相对接，以保持采煤工作面2通风安全需要。

由上述可知，本发明的全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，包括一种单折角二分段式巷道的布置方法和一种压入式风管漏泄通风系统的布置方法，采用本发明的采煤方法，具有如下的有益效果：

1、本发明提供的单折角二分段式巷道的布置方法中，仅由区段运输平巷和采煤工作面构成采煤巷道，而不设置沿空平巷，从而创新了现有技术中布置巷道时需进行两折角三段式巷道布置的思想，并避免了现有技术中布设沿空平巷时因剧烈矿压带来的围岩难以控制的问题；

2、本发明提供的采煤方法中，单折角二分段式巷道的布置，简化了区段巷道的布置系统，显著减少了区段巷道掘进和维护工程量，降低了巷道掘进设备、围岩支护及工资费用等；

3、本发明的单折角二分段式巷道的布置方法，相对于现有技术的采煤方法来说，取消了需在相邻区段采空区与本区段回风平巷之间所留设的具有一定宽度的区段隔离煤柱，使得本发明的采煤方法可以开采更多的煤炭，从而大幅提高了对煤炭资源的回采率；

4、本发明的采煤方法提供了压入式风管漏泄通风系统，使采煤工作面和区段运输平巷各分段区域的风量分配合理，易于满足全区域新鲜风的需求，减小了供风动力的消耗，避免了采煤工作面和区段运输平巷风量大、风速高、噪音大等问题，且能有效阻止有毒、有害气体涌入采煤工作面和区段运输平巷，同时也起到防灭火的作用；

5、本发明的压入式风管漏泄通风系统，利用多段进风管连接而成漏泄式送风通道，利用单折角二分段式巷道作为回风通道，使得输入到巷道内的新鲜风流的风向、风速、风量可以实时调节，从而使得巷道内的风量分配更加合理，可以有效防止不安全问题的发生。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种全井工区段无煤柱无沿空平巷的采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：

进行区段运输平巷和采煤工作面的掘进，形成仅由区段运输平巷和采煤工作面组合而成的单折角二分段式巷道；

通过在所述区段运输平巷和采煤工作面安装漏泄式送风通道，向所述单折角二分段式巷道输送新鲜风流；

通过将所述单折角二分段式巷道用作回风通道，使所述单折角二分段式巷道和所述漏泄式送风通道组合成巷道的通风系统；

其中，所述单折角二分段式巷道的布局没有区段隔离煤柱及沿空平巷；

所述的安装所述漏泄式送风通道包括如下步骤：

进行区段运输平巷的掘进时，每滞后掘进头第一距离，均在形成的巷道帮部或顶板上布设一段第一进风管，并使相邻两段的第一进风管连通为一体，以便形成第一进风通道；

进行采煤工作面的掘进时，每滞后掘进头第二距离，均在形成的巷道帮部或顶板上布设一段第二进风管，并使相邻两段的第二进风管连通为一体，以便形成第二进风通道；

将位于所述区段运输平巷前端头的第一进风管和位于所述采煤工作面下端头的第二进风管连通为一体，以便所述第一进风通道和所述第二进风通道连通形成所述漏泄式送风通道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述单折角二分段式巷道包括如下步骤：

进行区段运输平巷的掘进；

进行采煤工作面的掘进，使采煤工作面的下端头与所述区段运输平巷前端头相连并形成单折角；

其中，所述采煤工作面的上端头延伸至相邻区段采空区边缘的煤岩分界区。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述漏泄式送风通道上开设有多个用于向外送风的送风孔。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述漏泄式送风通道的送风孔处设置有用于调节风量、风速及风向的调节阀。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一进风管为刚性进风管或柔性进风管，所述第二进风管为柔性进风管。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二进风通道的上端延伸至煤岩分界区。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括对采煤工作面进行支护的步骤，其包括：

在所述采煤工作面的上端头处安装带侧护帮板的端头支架；

在所述采煤工作面的上部安装端头支架；

在所述采煤工作面的中部安装液压支架；

在所述采煤工作面的下端头处安装端头支架；

其中，所述带侧护帮板的端头支架与所述煤岩分界区接触。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述采煤工作面进行支护还包括如下步骤：

在对相邻区段工作面进行回采期间，对所述煤岩分界区进行预先加强支护。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述采煤工作面进行支护还包括如下步骤：

在对采煤工作面进行掘进及对本区段进行回采过程中，对所述煤岩分界区的围岩进行加强支护。