CN105201508A - 一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法 - Google Patents

Abstract

本发明属采煤方法技术领域，为解决坚硬顶板条件下厚煤层大面积的悬空顶板在极短时间内容易冒落，产生严重的冲击破坏,已采空间的空气形成冲击气浪,不仅造成设备损坏,而且还危及人身安全等问题，提供一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法。区段内构建边界回风通道形成完整的全风压通风系统；用短壁机械化设备对坚硬顶板下厚煤层边角煤回采；支巷回采中，用四台履带行走支架支护顶板；回采完毕后，区段间用煤柱隔离；每两对支巷回采完毕后在主、辅运巷用矸石充填；在主运巷内采用扇形布置炮眼进行强制放顶。改善工作面作业环境；降低成本，实现绿色开采；在保证安全的前提下实现边角煤厚煤层的机械化开采，使工作面的产量和效率大大提高。

Description

一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法

技术领域

本发明属于采煤方法技术领域，具体涉及一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法。

背景技术

经过多年的开采，矿井存在大量不规则边角煤块段，这些块段分布广，形状不规则，无法布置正规的综合机械化开采工作面。采用传统的连续采煤机旺格维利巷道布置及开采工艺开采时面临着没有独立回风巷道、通风系统不完善、工作面作业环境差，资源回收率较低等问题。

坚硬顶板条件下厚煤层当悬顶面积达到一定程度超过其极限垮落步距后将发生大面积冒落，大面积的悬空顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重力作用产生严重的冲击破坏,更严重的是把已采空间的空气瞬时排出,形成冲击气浪,不仅造成设备损坏,而且还危及人身安全。

目前我国每年矸石排放量巨大，占地多，污染严重，对人们的健康和生存造成很大的危害与威胁。在环保意识越来越强的今天，矸石问题已成为大多数矿井需要考虑解决的严峻问题。

发明内容

本发明为了解决坚硬顶板条件下厚煤层大面积的悬空顶板在极短时间内容易冒落下来，产生严重的冲击破坏,更严重的是把已采空间的空气形成冲击气浪,不仅造成设备损坏,而且还危及人身安全等问题，提供了一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法。实现厚煤层边角煤开采工作面充填与强制放顶相结合的回采工艺，提高了坚硬顶板条件下厚煤层机械化开采的安全和效率。

本发明采用如下技术方案实现的：一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，包括巷道布置和回采工艺，包括如下步骤：区段内构建边界回风通道形成完整的全风压通风系统；使用短壁机械化开采成套设备对坚硬顶板条件下厚煤层边角煤进行回采；支巷回采过程中，采用四台履带行走支架支护顶板；回采完毕后，区段间利用煤柱隔离；每两对支巷回采完毕后在主运巷口、辅运巷口交汇处用矸石充填；区段回采完毕后，在主运巷内采用扇形布置炮眼进行强制放顶。

具体步骤如下：

（1）在厚煤层中，根据顶板基岩厚度、履带行走液压支架的工作阻力、工作面采高及直接顶的厚度，计算区段极限垮落步距，将工作面划分成若干回采区段，根据计算出的区段极限垮落步距得出最大悬顶面积，依据已知的支巷长度及间距，计算所得最大悬顶面积，设计布置支巷数量；支巷迎头处构建边界回风通道形成完整的全风压通风系统，不回采支巷采用调节风帘密闭；区段间采用隔离煤柱进行隔离；

（2）区段内使用短壁机械化连续采煤机成套设备采用后退式双翼斜切进刀方式在支巷内从左向右、从上至下依次进行回采，回采期间，采用四台履带行走支架支护顶板，每两对支巷回采完毕后在主运巷口、辅运巷口交汇处用矸石充填；

（3）当回采完毕相对的两个区段后，采用扇形布置炮眼进行强制放顶，实现全部垮落法管理顶板。

所述隔离煤柱宽度为6-8米。所述矸石充填长度为5-10米。所述后退式双翼斜切进刀方式回采，斜切角度为30°至60°。所述区段极限垮落步距的计算依据本领域技术人员公知的区段极限垮落步距计算公式计算。

在厚煤层中，根据顶板基岩厚度、履带行走式液压支架的工作阻力、工作面采高及直接顶的厚度等，计算区段极限垮落步距，在可控的悬顶面积范围内将工作面划分成若干回采区段，分阶段管理，设计合理的支巷数量，支巷迎头处构建边界回风通道形成完整的全风压通风系统。为了避免采空区顶板垮落对工作面人员和设备造成的威胁，区段间采用隔离煤柱进行隔离，避免已回采区段顶板垮落对邻近回采区段产生影响，隔离煤柱宽度6-8米。

区段内连续采煤机采用后退式双翼斜切进刀方式在支巷内从左向右、从上至下依次进行回采，回采期间，采用四台履带行走支架支护顶板，实现对回采过程中顶板的有效控制和合理支护，保护人员及设备安全；

每两对支巷回采完毕后巷口5至10m范围内用矸石进行充填，避免已采区段内顶板垮落对周围作业人员和设备造成伤害，减少采空区顶板垮落对工作面的冲击，同时对巷口顶板起到一定的支撑作用。

当回采完相对两个区段后，采用采用扇形布置炮眼进行强制放顶，完成顶板的合理可控垮落，实现全部垮落法管理顶板，为后续区段回采过程中人员和设备提供安全保障。

与现有技术相比，本发明实现支巷回采过程中全风压供风，显著改善工作面作业环境；处理矸石排放，降低成本，实现绿色开采；同时，通过留设区段隔离煤柱、局部矸石充填和采用爆破强制放顶实现了顶板的有效控制，在保证安全的前提下实现边角煤厚煤层的机械化开采，实现了厚煤层边角煤开采工作面充填与强制放顶相结合的回采工艺，提高了坚硬顶板条件下厚煤层机械化开采的安全和效率，使工作面的产量和效率大大提高。

附图说明

图1为本发明边角煤工作面开采方法系统示意图；图2为本发明边角煤工作面开采强制放顶方法系统示意图。

图中：1-支巷；2-边界回风通道；3-隔离煤柱；4-主运巷；5-辅运巷；6-履带行走液压支架；7-矸石充填物；8-强制放顶炮眼。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

以某省某矿区为例，该矿经过多年的开采，矿井存在大量不规则边角煤块段，尤其是5^-2煤储量约333万t，且煤层厚度大。这些块段分布不规则（三角形），无法布置正规的综合机械化开采工作面。

5^-2煤北连采工作面位于5^-2煤三条大巷以北，N15203综采面以南。煤层赋存稳定，埋藏深度为57.4～156.5m，煤层的两极厚度为5.2～6.0m，平均厚度为5.5m，属于厚煤层，煤层倾角1～2°。直接顶板为泥岩，厚13.08m，老顶为浅灰色粉砂岩，厚20.27m。顶板岩石抗压强度平均为23.1MPa，属不稳定型～较稳定型（I～II）顶板即坚硬顶板。5^-2煤层属自燃煤层，自然发火期35天。煤尘均具有爆炸危险性，爆炸性指数分别为33.35%。工作面范围内水文地质条件简单，工作面地温及地压均属正常。

采用传统旺格维利开采工艺对该部分资源回收，主要面临着2大问题：

1、顶板控制存在一定困难

利用传统的旺格维利工艺，多条支巷回采后未及时留设相应保护煤柱，当悬顶面积达到一定程度超过其极限垮落步距后将发生大面积冒落，区域安全管理难度较大。如开采过程中几千平方米的顶板瞬间冒落，工作面采高达5.0m，冒落形成的飓风将对工作面作业人员和设备设施造成严重危害。

2、工作面作业环境较差

由于连续采煤机截割煤体时刨头与煤体接触面积较大，产尘量较高，连续采煤机外喷雾和机载湿式除尘系统两种降尘方式效果并不十分理想，导致工作面粉尘浓度较高。而现阶段采用的开采工艺回采时采用局扇进行通风，无独立的回风通道，污风流经作业人员所在区域，使得作业环境较差，影响作业人员视线，对人员呼吸系统造成危害，加重设备磨损，带来较大的安全隐患。

一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，包括巷道布置和回采工艺，包括如下步骤：区段内构建边界回风通道2形成完整的全风压通风系统；使用短壁机械化开采成套设备对坚硬顶板条件下厚煤层边角煤进行回采；支巷1回采过程中，采用四台履带行走液压支架6支护顶板；回采完毕后，区段间利用隔离煤柱3隔离；每两对支巷1回采完毕后在主运巷4、辅运巷5交汇处用矸石充填；区段回采完毕后，在主运巷内采用扇形布置强制放顶炮眼8进行强制放顶。

具体步骤包括：参见图1，在厚煤层中，根据顶板基岩厚度、履带行走液压支架6的工作阻力、工作面采高及直接顶的厚度，计算区段极限垮落步距，经过计算将工作面划分成若干回采区段，进行分阶段管理，根据计算出的区段极限垮落步距得出最大悬顶面积，依据已知的支巷长度及间距，计算所得最大悬顶面积，设计布置支巷数量；支巷迎头处构建边界回风通道2形成完整的全风压通风系统，不回采支巷1采用调节风帘进行密闭。区段间采用隔离煤柱3进行隔离，避免已回采区段顶板垮落对邻近回采区段产生影响，隔离煤柱宽度6-8米。

区段内用短壁机械化连续采煤机成套设备采用后退式双翼斜切进刀方式在支巷1内从左向右、从上至下依次进行回采，回采期间，采用四台履带行走液压支架6支护顶板，其中两台配合连续采煤机在支巷内回采，紧跟连续采煤机支护顶板，连续采煤机每回采一个采硐，履带行走液压支架交叉迈步向前移动一个步距及时支护住三角区顶板；另外两台行走支架用于回采支巷口保护煤柱和主运巷4、辅运巷5内保护煤柱时支撑顶板；后退式双翼斜切进刀方式回采，斜切角度为30°至60°。

参见图2，区段内每相对两对支巷1回采完毕后，在支巷口与主运巷4、辅运巷5交汇处范围用矸石进行充填，矸石充填物7长5至10m；

当回采完相对两个区段后，在主运巷4、辅运巷5内采用采用扇形布置强制放顶炮眼8进行强制放顶，完成顶板的合理可控垮落，实现全部垮落法管理顶板。

采用本发明所述施工工艺，通过构建边界回风通道、爆破强制放顶等技术措施，可以安全高效地对矿井不规则块段资源进行回收。

具体原因如下：

1、连续采煤机短壁回采时通过构建边界回风通道，利用矿井全风压结合局部通风机增强供风，不仅保证了生产需求，同时有效的改善了作业环境，为生产人员的健康提供了保障。

2、工作面达到极限悬顶面积之前进行局部爆破强制放顶，能够使顶板逐步垮落，有效避免采空区大面积悬顶突然冒落对工作面造成冲击，保证安全生产。

该矿5^-2煤北连采工作面采用本发明所述开采技术以来，支巷日掘进量30-40m，日回采采硐8-10个，月均产量7万吨，工作面回采率75%。采用边界回风通道后，工作面实测粉尘浓度低于3mg/m³，作业环境大大得到改善。局部爆破强制放顶后10-15天，采空区对应地表出现裂隙，裂隙落差最大10cm，宽1-3cm，验证了爆破对采空区悬顶的改善作用，同时，工作面回采期间未出现来压冲击，保证了工作面的安全生产，取得了良好的经济效益。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的内做出种变形或修改。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有种变化和改进，这变化和改进都要求保护的本发明范围内。本发明要求保护由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，包括巷道布置和回采工艺，其特征在于：包括如下步骤：区段内构建边界回风通道（2）形成完整的全风压通风系统；使用短壁机械化开采成套设备对坚硬顶板条件下厚煤层边角煤进行回采；支巷（1）回采过程中，采用四台履带行走液压支架（6）支护顶板；回采完毕后，区段间利用隔离煤柱（3）隔离；每两对支巷（1）回采完毕后在主运巷（4）、辅运巷（5）交汇处用矸石充填；区段回采完毕后，在主运巷内采用扇形布置强制放顶炮眼（8）进行强制放顶。

2.根据权利要求1所述的一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）在厚煤层中，根据顶板基岩厚度、履带行走液压支架（6）的工作阻力、工作面采高及直接顶的厚度，计算区段极限垮落步距，将工作面划分成若干回采区段，根据计算出的区段极限垮落步距得出最大悬顶面积，依据已知的支巷长度及间距，计算所得最大悬顶面积，设计布置支巷数量；支巷迎头处构建边界回风通道（2）形成完整的全风压通风系统，不回采支巷采用调节风帘密闭；区段间采用隔离煤柱（3）进行隔离；

（2）区段内使用短壁机械化连续采煤机成套设备采用后退式双翼斜切进刀方式在支巷内从左向右、从上至下依次进行回采，回采期间，采用四台履带行走液压支架（6）支护顶板，每两对支巷回采完毕后在主运巷（4）、辅运巷（4）交汇处用矸石充填；

（3）当回采完毕相对的两个区段后，采用扇形布置强制放顶炮眼（8）进行强制放顶，实现全部垮落法管理顶板。

3.根据权利要求1或2所述的一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，其特征在于：所述隔离煤柱宽度为6-8米。

4.根据权利要求1或2所述的一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，其特征在于：所述矸石充填物（7）的长度为5-10米。

5.根据权利要求2所述的一种厚煤层坚硬顶板条件下连续采煤机回采方法，其特征在于：所述后退式双翼斜切进刀方式回采，斜切角度为30°至60°。