CN105604551A - 一种大采高的综放开采方法 - Google Patents

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徐刚
张学亮
宋桂军
李鹏
刘志明
杨继元
田银素
毛德兵
孙晓冬
高维智
樊运策
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Shenhua Shendong Coal Group Co Ltd
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Shenhua Shendong Coal Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种大采高的综放开采方法，包括如下步骤：步骤(1):采集煤层的内聚力C、体积力γ和片帮滑动体的速度矢量与滑动面的夹角通过公式计算煤壁临界稳定高度Hcr，若煤壁临界稳定高度Hcr≥6m，则进行步骤(2)-(4)；步骤(2)：确定采煤高度为H，放煤高度为(0.5～1)×H；步骤(3)：在采煤工作面的端部斜切进刀，采取单向或双向的采煤方式进行采煤；步骤(4):采用一采一放、单轮或双轮顺序放煤的方式进行放煤。本发明提供的大采高的综放开采方法通过提高采煤高度，使放顶煤能够有效垮落，不仅保证了煤矿的开采安全，与现有技术相比，还有效地提高了顶煤回收率，提高了工作面回收率，减少了资源损失，提高了经济效益。

Description

一种大采高的综放开采方法
技术领域
本发明涉及一种综放开采方法，尤其涉及一种大采高的综放开采方法。
背景技术
我国厚煤层储量和产量约占原煤总储量和原煤总产量的45％左右，自从1974年进行厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶下综合机械化开采试验成功后，分层综采已在多个矿区进行了试验与推广，分层综采技术在我国国有重点煤矿得到了广泛应用。进入20世纪90年代以来，分层综采技术得到了完善与提高，但综采分层开采技术(含中、厚煤层)与综采放顶煤开采技术比较，铺网工艺复杂，且工作面推进度和产量不如放顶煤，而且下分层开采时存在自然发火隐患。
现有技术对特厚煤层所采用的开采方法通常为普通大采高综放开采和分层开采。其中，普通大采高综放一般开采割煤高度3.5m-5m，针对这类煤层，顶煤回收率较低，工作面回收率偏低。分层开采可对特厚煤层分两层进行综采，但实际使用过程中，下分层开采安全问题多，产量低，不能够满足千万吨级高产高效矿井的回采需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种大采高的综放开采方法，其不仅能保证煤矿的开采安全，还能够提高顶煤回收率，进而提高工作面回收率，减少资源损失。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种大采高的综放开采方法，包括如下步骤：
步骤(1):采集煤层的内聚力C、体积力γ和滑动体的速度矢量与滑动面的夹角通过下述计算公式计算煤壁临界稳定高度Hcr，若煤壁临界稳定高度Hcr≥6m，则进行步骤(2)-(4)，所述计算公式如下：
步骤(2)：确定采煤高度为H，放煤高度为(0.5～1)×H；
步骤(3)：在采煤工作面的端部斜切进刀，采取单向或双向的采煤方式进行采煤；
步骤(4):采用一采一放、单轮或双轮顺序放煤的方式进行放煤。
进一步地，步骤(3)中，采煤工作面的长度为200m-360m。
进一步地，步骤(3)中，采煤截深为800mm或865mm。
进一步地，步骤(4)中，放煤步距为800mm或865mm。
进一步地，所述综放开采方法所采用的液压支架的最大支撑高度为6.5m。
进一步地，所述液压支架支护强度大于1.39MPa。
进一步地，所述液压支架合理工作阻力≥15000kN。
进一步地，所述液压支架为两柱掩护式支架或四柱支撑掩护式支架。
进一步地，所述综放开采方法所采用设备的生产能力为：采煤机为5000t/h，前部刮板输送机为5000t/h，后部刮板输送机为3000t/h，转载机为6000t/h，破碎机为6000t/h，胶带输送机为4000t/h；采煤机的功率为2890kW，前后刮板输送机的功率为2×1600kW，转载机的功率为700kW，破碎机的功率为700kW，胶带输送机的功率为6×500kW，上述设备的供电电压均选用3300V。
进一步地，步骤(2)中，确定采煤高度为6m，放煤高度为3m-6m。
本发明提供的大采高的综放开采方法通过提高采煤高度，使放顶煤能够有效地垮落，不仅保证了煤矿的开采安全，与现有技术相比，还有效地提高了顶煤的回收率，进而提高了工作面回收率，减少了资源损失，提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明一种优选的大采高的综放开采方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个优选实施例进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本发明提供的大采高的综放开采方法包括如下步骤：
本发明提供的大采高的综放开采方法适合用于对特厚煤层进行开采，在进行开采前，首先要评估割煤高度达到或超过6m的煤壁稳定性，从而判断煤层条件是否满足采用6m割煤高度超大采高综放开采要求，确定割煤高度范围内煤壁稳定，是保证安全生产的前提条件，具体评估方法如下：
步骤(1):采集煤层的内聚力C、体积力γ和滑动体的速度矢量与滑动面的夹角通过下述计算公式计算煤壁临界稳定高度Hcr，若煤壁临界稳定高度Hcr≥6m，则进行步骤(2)-(4)，所述计算公式如下：
本领域技术人员需要注意的是，上述内聚力C和体积力γ通过测定煤层样本，上述滑动体的速度矢量与滑动面的夹角的采集可采用如下方法：首先根据矿井本煤层或邻近矿井类似条件煤层已有开采实践，确定角度的下限现有技术中，支架三级护帮机构长度共3.5m，对生产影响不大的片帮深度取0.5m，此范围内发生0.5m深度片帮时滑动面与煤壁夹角为8°，藉此确定角度为
当然，本领域技术人员还可以对剩余顶煤厚度的冒放性进行初步评估，以保证顶煤的回收率。冒放性的评估方法如下：
首先，根据煤层厚度和采用本方法的割煤高度6m差值确定剩余顶煤厚度，再依据采放比(割煤高度与放煤高度之比)确定剩余顶煤厚度，在本发明中采放比宜为1:0.5-1:1，即剩余顶煤厚度宜为3m-6m。
其次，本领域技术人员还需要类比分析类似煤层开采过程中顶煤的垮落块度。确保垮落块度普遍小于0.5m，若块度过大，则需要考虑采取辅助措施提高顶煤破碎块度(如深孔爆破)。
最后，采用现有技术中的颗粒流数值软件分析顶煤的回收率情况，判断剩余顶煤回收率能否大于75％，藉此保证工作面整体回收率满足不低于85％规定。
在完成上述评估后，确定割煤高度范围内煤壁足够稳定时，本领域技术人员可以进一步地为综采操作确定采煤高度和放煤高度，本发明中，所述放煤高度是所述采煤高度的0.5-1倍，当本发明采用6m的采煤高度时，所述放煤高度为3-6m。即步骤(2)所述技术内容：
步骤(2)：确定采煤高度为H，放煤高度为(0.5～1)×H。
作为本发明的一种优选方案，所述采煤高度为6m，所述放煤高度为3-6m。在设定好采煤高度和放煤高度后，本领域技术人员即可对工作面进行开采，具体开采方法如步骤(3)和步骤(4)所述：
步骤(3)：在采煤工作面的端部斜切进刀，采取单向或双向的采煤方式进行采煤；
步骤(4):采用一采一放、单轮或双轮顺序放煤方式进行放煤。
本领域技术人员应该了解的是，所谓一采一放是指采煤机采割一刀煤炭后，通过放煤窗口，放出已松碎的煤炭，待放出煤炭中的矸石含量超过一定限度后，及时关闭放煤。所谓单轮或双轮顺序放煤是指按照支架排列顺序依次打开放煤口，通过一次或两次开启支架的放煤口而将顶煤全部放完的放煤方式。本发明采用一采一放的单轮或双轮顺序放煤方式进行放不仅能够简化生产工艺，提高开采效率，还能使顶板的管理更加容易。
综上所述，本发明提供的大采高的综放开采方法通过提高采煤高度，使放顶煤能够有效地垮落，不仅保证了煤矿的开采安全，与现有技术相比，还有效地提高了顶煤的回收率，进而提高了工作面回收率，减少了资源损失，提高了经济效益。
作为本发明的一种优选方案，步骤(3)中，采煤工作面的长度为200m-300m，更优选地，所述采煤工作面的长度为300m，开采过程中，控制合理圈煤量以不大于2000万t为宜，沿煤层底板掘进两顺槽和切眼，形成工作面。
作为本发明的一种优选方案，所述采煤截深优选地为800mm或865m。更优选地，所述采煤截深为865mm，相应地，在步骤(4)中，所述放煤步距优选地为800mm或865m，更优选地，所述放煤步距为865mm。当然，上述采煤截深及放煤步距仅是本发明的一种优选方案，本发明还可以采用本领域技术人员所公知的适合大采高的其他采煤截深及放煤步距，此处不再赘述。
本发明综放开采方法所采用的液压支架的最大支撑高度优选地为6.5m，从而保证6m的采煤高度，本领域技术人员应该理解的是，6.5m的液压支架的最大支撑高度仅是本发明的一种优选液压支架支撑高度，本领域技术人员也可以选用支撑高度高于6.5m的液压支架，但是考虑到生产成本及安全生产的需要，本发明优选地采用最大支撑高度为6.5m的液压支架。
在上述实施例的基础上，本发明所采用的液压支架支护强度优选地大于1.39MPa，所述液压支架合理工作阻力优选地≥15000kN。本发明6m采高综放开采所采用的合理架型可以依据具体煤层条件确定，例如，所述液压支架可优选地为两柱掩护式支架或四柱支撑掩护式支架。
作为本发明的一种优选方案，所述综放开采方法所采用设备的生产能力为：采煤机为5000t/h，前部刮板输送机为5000t/h，后部刮板输送机为3000t/h，转载机为6000t/h，破碎机为6000t/h，胶带输送机为4000t/h。
更优选地，采煤机的功率为2890kW，前后刮板输送机的功率为2×1600kW，转载机的功率为700kW，破碎机的功率为700kW，胶带输送机的功率为6×500kW，上述设备的供电电压均选用3300V。
本领域技术人员应该理解的是，上述综放开采设备的生产能力及功率仅是本发明的一种优选方案，本领域技术人员可以根据实际开采条件调整所述综放开采设备的生产能力及功率，此处不再赘述。
本发明所提供的大采高的综放开采工艺过程具体如下：
1、采煤机割煤：启动前运输机，启动采煤机，使采煤机从工作面端部斜切进刀，采取单向或双向的割煤方式割煤，同时使割下的煤炭运出工作面，采煤过程中，采煤截深为865mm。
2、移架：液压支架按顺序逐架进行前移，随采煤机的向前追机作业。
3、移动前运输机：利用液压支架上的推移千斤顶分3-4次推移到位，推移步距865mm，随采煤向前顺序推进。
4、放顶煤：采用一采一放，单轮或双轮顺序放顶煤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大采高的综放开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1):采集煤层的内聚力C、体积力γ和滑动体的速度矢量与滑动面的夹角通过下述计算公式计算煤壁临界稳定高度Hcr，若煤壁临界稳定高度Hcr≥6m，则进行步骤(2)-(4)，所述计算公式如下：
步骤(2)：确定采煤高度为H，放煤高度为(0.5～1)×H；
步骤(3)：在采煤工作面的端部斜切进刀，采取单向或双向的采煤方式进行采煤；
步骤(4):采用一采一放、单轮或双轮顺序放煤的方式进行放煤。
2.根据权利要求1所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，步骤(3)中，采煤工作面的长度为200m-360m。
3.根据权利要求1所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，步骤(3)中，采煤截深为800mm或865mm。
4.根据权利要求1所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，步骤(4)中，放煤步距为800mm或865mm。
5.根据权利要求1所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，所述综放开采方法所采用的液压支架的最大支撑高度为6.5m。
6.根据权利要求5所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，所述液压支架支护强度大于1.39MPa。
7.根据权利要求5所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，所述液压支架合理工作阻力≥15000kN。
8.根据权利要求5所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，所述液压支架为两柱掩护式支架或四柱支撑掩护式支架。
9.根据权利要求1所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，所述综放开采方法所采用设备的生产能力为：采煤机为5000t/h，前部刮板输送机为5000t/h，后部刮板输送机为3000t/h，转载机为6000t/h，破碎机为6000t/h，胶带输送机为4000t/h；采煤机的功率为2890kW，前后刮板输送机的功率为2×1600kW，转载机的功率为700kW，破碎机的功率为700kW，胶带输送机的功率为6×500kW，上述设备的供电电压均选用3300V。
10.根据权利要求1-9任一项所述的大采高的综放开采方法，其特征在于，步骤(2)中，确定采煤高度为6m，放煤高度为3m-6m。
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