CN105649628A - 大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法，包括以下步骤：以大倾角煤层变角度工作面作为实际开采工作面，沿煤层底板真倾斜布置，工作面上部区域、中部区域、下部区域布置成直线形切眼，角度过渡段布置成圆弧形切眼，圆心位于煤层底板(背斜)或煤层顶板(向斜)，然后依次连接圆弧形切眼、直线形切眼形成变角度切眼，按正规循环向前推进，使工作面运输平巷超前回风平巷8-12m，从而使工作面形成3°-5°的伪斜角。本发明的有益之处在于：设计合理，布置过程简单且实施方便；使变角度工作面设备处于合理的位态，且有效减小了工作面的坡度，保证了工作面“支架-围岩”系统的稳定性，为实现该类煤层安全高效生产奠定了基础。

Description

大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法

技术领域

本发明涉及一种工作面的布置方法，具体涉及一种大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法。

背景技术

大倾角煤层是指埋藏倾角为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。大倾角煤层单一角度综采(放)开采中，随煤层倾角的增大，工作面设备所受的切向分力增大，法向分力减小，开采过程中设备下滑严重，液压支架会出现倾倒、移架等现象，并且调架困难，因此大倾角煤层单一角工作面在布置时应尽可能地减小煤层倾角，采用伪斜布置、“顶板-降坡段-底板”、反S形切眼布置等方法可以有效地减小工作面的坡度，显著改善工作面开采装备在大倾角煤层单一角度状态下的下滑等问题，从而可以保证工作面安全、高效生产。大倾角煤层变角度综采(放)工作面呈背斜或向斜，受煤层角度变化影响，工作面开切眼呈非线性状，而现有大倾角煤层单一角度综采(放)工作面布置方法不能很好地适应变角度综采(放)工作面，主要存在的问题有：

一、工作面不同角度区域支架的倾角不同，特别是在角度转化的过渡区域支架间的倾角差异大，使得支架间顶梁未接触存在较大架缝或是呈线性接触，支架处于不合理的位态，稳定性差，极大增加了支架倾倒、咬架的机率；

二、受煤层倾角的影响，顶板的变形、运移分区特性更加明显，特别是角度转化的过渡区域顶板运动更为活跃，导致支架与顶板接触及施载更为复杂，支架稳定性的控制难度增大。

所以，必须根据大倾角煤层变角度综采(放)工作面本身的特征，提出变角度综采(放)工作面伪仰斜变倾角布置方法，确定布置参数及技术，使大倾角煤层变角度综采(放)工作面支架保持合理的位态，有效提高了“支架-围岩”系统的稳定性，为大倾角煤层变角度工作面实现安全高效开采奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法，该方法设计合理，布置过程简单，能有效解决该类工作面因开切眼受煤层倾角变化影响(呈非线性状)造成支架与顶板接触复杂且处于不合理的位态而引起的“支架-围岩”系统稳定性差、顶板管理困难等实际问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、确定布置参数：

1、选择一个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，工作面上部区域倾角为α₁，中部区域倾角为α₂，下部区域倾角为α₃，在地层为背斜情况下，α₁<α₂<α₃，其中，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°-65°；在地层为向斜情况下，α₁>α₂>α₃，其中，上部区域倾角α₁为45°-65°，中部区域倾角α₂为35°-45°，下部区域倾角α₃为25°-35°；

2、上部区域与中部区域角度转化的过渡段、下部区域与中部区域角度转化的过渡段布置成圆弧，圆弧曲率半径为R，弧长为K_p，通过如下公式确定：

$R=\frac{L}{2sin\left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}---\left(1\right)$

式中，L为刮板输送机溜槽的长度，θ为刮板输送机最大弯曲度，α为圆弧的圆心角，上部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₂-α₁|，下部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₃-α₂|；

二、布置伪仰斜变倾角：

1、以步骤一所确定的大倾角煤层变角度工作面作为实际开采工作面，并以煤层走向为推进方向进行工作面回采；

2、沿煤层底板真倾斜布置，工作面上部区域、中部区域、下部区域布置成直线形切眼，将上部区域与中部区域、下部区域与中部区域角度过渡段布置成圆弧形切眼，煤层在背斜情况下，圆弧形切眼的圆心位于煤层底板，依次连接圆弧切眼、直线切眼形成变角度切眼；煤层在向斜情况下，圆弧形切眼的圆心位于煤层顶板，依次连接圆弧形切眼、直线形切眼形成变角度切眼；

3、工作面液压支架、刮板输送机、采煤机安装完毕后，按正规循环向前推进，在液压支架前移、推移刮板输送机的过程中，以不影响工作面正规循环为原则，从工作面运输平巷开始向回风平巷逐渐减小液压支架前移和刮板输送机每节溜子的推进距离，连续重复数个循环，使工作面运输平巷超前回风平巷8-12m，从而使工作面形成3°-5°的伪斜角。

前述的布置方法，其特征在于，在步骤一中，刮板输送机溜槽的长度L取1.5m，刮板输送机最大弯曲度θ取3°。

前述的布置方法，其特征在于，在步骤二中，布置圆弧形切眼时，煤层在背斜情况下，圆弧形切眼通过宽顶梁窄底座的支架进行支护，支架顶梁的宽度大于底座的宽度；煤层在向斜情况下，圆弧形切眼通过窄顶梁宽底座的支架进行支护，支架底座的宽度大于顶梁的宽度，并且支架具有双活侧护板和底调装置，底调装置用来填补支架顶梁或是底座的缝隙。

本发明的有益之处在于：

(1)工作面伪仰斜变倾角布置设计合理，布置过程简单且实施方便。

(2)本发明的布置方法使变角度工作面设备处于合理的位态，且有效减小了工作面的坡度，保证了工作面“支架-围岩”系统的稳定性，为实现该类煤层安全高效生产奠定了基础。

附图说明

图1是地层为背斜情况下，本发明所确定的大倾角煤层变角度综采(放)工作面伪仰斜变倾角布置示意图；

图2是图1沿ABCD线的剖面图；

图3是图1点M断面放大图；

图4是地层为向斜情况下，本发明所确定的大倾角煤层变角度综采(放)工作面伪仰斜变倾角布置示意图；

图5是图4沿ABCD线的剖面图；

图6是图4点M断面放大图。

附图中：

ABCD-伪仰斜工作面，

∠AB₁E工作面上部的真倾角，即上部区域煤层倾角α₁，

∠B₁C₁F工作面中部区域真倾角，即中部区域煤层倾角α₂，

∠C₁D₁G-工作面下部区域的真倾角，即下部区域煤层倾角α₃，

D₁D-工作面走向推进方向，

AB₁-工作面上部区域的倾斜方向，

B₁C₁-工作面中部区域的倾斜方向，

C₁D₁-工作面下部区域的倾斜方向，

1-回风平巷，2-运输平巷，3-上端头支架，4-排头支架，5-排尾支架，6-下端头支架，7-液压支架，8-采煤机，9-煤层底板，10-煤层，11-煤层顶板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

地层为背斜情况下，布置伪仰斜变倾角，参照图1至图3。

第一步：确定布置参数

1、选择变角度走向长壁工作面AB₁C₁D₁作为大倾角煤层的实际开采工作面，工作面上部区域倾角为α₁，中部区域倾角为α₂，下部区域倾角为α₃，α₁<α₂<α₃，其中，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°-65°。

在本实施例中，上部区域倾角α₁为25°，中部区域倾角α₂为35°，下部区域倾角α₃为45°。

2、上部区域与中部区域角度转化的过渡段为M、下部区域与中部区域角度转化的过渡段为N，将过渡段M和过渡段N布置成圆弧，即过渡段采用变倾角布置，使圆弧的圆心位于煤层底板，圆弧曲率半径为R，弧长为K_p，通过如下公式确定：

$R=\frac{L}{2\sin \left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}---\left(1\right)$

式中，L为刮板输送机溜槽的长度，θ为刮板输送机最大弯曲度，α为圆弧的圆心角，上部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₂-α₁|，下部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₃-α₂|。

在本实施例中，刮板输送机溜槽的长度L取1.5m，刮板输送机最大弯曲度θ取3°。

经计算，上部区域与中部区域角度转化的过渡段圆弧曲率半径R为28.65m，弧长K_p为5.03m，过渡段需要3付液压支架；下部区域与中部区域角度转化的过渡段圆弧曲率半径R为28.65m，弧长K_p为5.03m，过渡段需要3付液压支架。

第二步：布置伪仰斜变倾角

1、以第一步所确定的大倾角煤层变角度工作面作为实际开采工作面，并以煤层走向为推进方向进行工作面回采。

2、沿煤层底板9真倾斜AB₁C₁D₁布置，工作面上部区域AB₁、中部区域B₁C₁、下部区域C₁D₁布置成直线形切眼，将上部区域与中部区域角度过渡段M、下部区域与中部区域角度过渡段N布置成圆弧形切眼，该圆弧形切眼的圆心位于煤层底板，依次连接圆弧切眼、直线切眼形成变角度切眼。

圆弧形切眼通过宽顶梁窄底座的支架进行支护，支架顶梁的宽度大于底座的宽度。

3、工作面液压支架7、刮板输送机、采煤机8等设备安装完毕后，按正规循环向前推进，在液压支架前移、推移刮板输送机的过程中，以不影响工作面正规循环为原则，从工作面运输平巷2开始向回风平巷1逐渐减小液压支架前移和刮板输送机每节溜子的推进距离，连续重复数个循环，使工作面运输平巷超前回风平巷8-12m，从而使工作面ABCD与AB₁C₁D₁夹形成3°-5°的伪斜角。

实施例2

地层为向斜情况下，布置伪仰斜变倾角，参照图4至图6。

第一步：确定布置参数

1、选择变角度走向长壁工作面AB₁C₁D₁作为大倾角煤层的实际开采工作面，工作面上部区域倾角为α₁，中部区域倾角为α₂，下部区域倾角为α₃，α₁>α₂>α₃，其中，上部区域倾角α₁为45°-65°，中部区域倾角α₂为35°-45°，下部区域倾角α₃为25°-35°。

在本实施例中，上部区域倾角α₁为45°，中部区域倾角α₂为35°，下部区域倾角α₃为25°。

2、上部区域与中部区域角度转化的过渡段为M、下部区域与中部区域角度转化的过渡段为N，将过渡段M和过渡段N布置成圆弧，使圆弧的圆心位于煤层顶层，圆弧曲率半径为R，弧长为K_p，通过如下公式确定：

$R=\frac{L}{2\sin \left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}---\left(1\right)$

式中，L为刮板输送机溜槽的长度，θ为刮板输送机最大弯曲度，α为圆弧的圆心角，上部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₂-α₁|，下部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₃-α₂|。

在本实施例中，刮板输送机溜槽的长度L取1.5m，刮板输送机最大弯曲度θ取3°。

经计算，上部区域与中部区域角度转化的过渡段圆弧曲率半径R为28.65m，弧长K_p为5.03m，过渡段需要3付液压支架；下部区域与中部区域角度转化的过渡段圆弧曲率半径R为28.65m，弧长K_p为5.03m，过渡段需要3付液压支架。

第二步：布置伪仰斜变倾角

1、以第一步所确定的大倾角煤层变角度工作面作为实际开采工作面，并以煤层走向为推进方向进行工作面回采。

2、沿煤层底板9真倾斜AB₁C₁D₁布置，工作面上部区域AB₁、中部区域B₁C₁、下部区域C₁D₁布置成直线形切眼，将上部区域与中部区域角度过渡段M、下部区域与中部区域角度过渡段N布置成圆弧形切眼，该圆弧形切眼的圆心位于煤层顶板，依次连接圆弧形切眼、直线形切眼形成变角度切眼。

圆弧形切眼通过窄顶梁宽底座的支架进行支护，支架底座的宽度大于顶梁的宽度，并且支架具有双活侧护板和底调装置，底调装置用来填补支架顶梁或是底座的缝隙。

3、工作面液压支架7、刮板输送机、采煤机8等设备安装完毕后，按正规循环向前推进，在液压支架前移、推移刮板输送机的过程中，以不影响工作面正规循环为原则，从工作面运输平巷2开始向回风平巷1逐渐减小液压支架前移和刮板输送机每节溜子的推进距离，连续重复数个循环，使工作面运输平巷超前回风平巷8-12m，从而使工作面ABCD与AB₁C₁D₁夹形成3°-5°的伪斜角。

由此可见，本发明的工作面伪仰斜变倾角布置方法不仅设计合理，而且布置过程简单，实施方便。

此外，本发明的布置方法使变角度工作面设备处于合理的位态，且有效减小了工作面的坡度，保证了工作面“支架-围岩”系统的稳定性，为实现该类煤层安全高效生产奠定了基础。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种大倾角煤层变角度综采/放工作面伪仰斜变倾角布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、确定布置参数：

1、选择一个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，工作面上部区域倾角为α₁，中部区域倾角为α₂，下部区域倾角为α₃，在地层为背斜情况下，α₁<α₂<α₃，其中，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°-65°；在地层为向斜情况下，α₁>α₂>α₃，其中，上部区域倾角α₁为45°-65°，中部区域倾角α₂为35°-45°，下部区域倾角α₃为25°-35°；

2、将上部区域与中部区域角度转化的过渡段、下部区域与中部区域角度转化的过渡段布置成圆弧，圆弧曲率半径为R，弧长为K_p，通过如下公式确定：

$R=\frac{L}{2sin\left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}---\left(1\right)$

式中，L为刮板输送机溜槽的长度，θ为刮板输送机最大弯曲度，α为圆弧的圆心角，上部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₂-α₁|，下部区域与中部区域圆弧的圆心角α＝|α₃-α₂|；

二、布置伪仰斜变倾角：

1、以步骤一所确定的大倾角煤层变角度工作面作为实际开采工作面，并以煤层走向为推进方向进行工作面回采；

2、沿煤层底板真倾斜布置，工作面上部区域、中部区域、下部区域布置成直线形切眼，将上部区域与中部区域、下部区域与中部区域角度过渡段布置成圆弧形切眼，煤层在背斜情况下，圆弧形切眼的圆心位于煤层底板，依次连接圆弧切眼、直线切眼形成变角度切眼；煤层在向斜情况下，圆弧形切眼的圆心位于煤层顶板，依次连接圆弧形切眼、直线形切眼形成变角度切眼；

3、工作面液压支架、刮板输送机、采煤机安装完毕后，按正规循环向前推进，在液压支架前移、推移刮板输送机的过程中，以不影响工作面正规循环为原则，从工作面运输平巷开始向回风平巷逐渐减小液压支架前移和刮板输送机每节溜子的推进距离，连续重复数个循环，使工作面运输平巷超前回风平巷8-12m，从而使工作面形成3°-5°的伪斜角。

2.根据权利要求1所述的布置方法，其特征在于，在步骤一中，刮板输送机溜槽的长度L取1.5m，刮板输送机最大弯曲度θ取3°。

3.根据权利要求1所述的布置方法，其特征在于，在步骤二中，布置圆弧形切眼时，煤层在背斜情况下，圆弧形切眼通过宽顶梁窄底座的支架进行支护，支架顶梁的宽度大于底座的宽度；煤层在向斜情况下，圆弧形切眼通过窄顶梁宽底座的支架进行支护，支架底座的宽度大于顶梁的宽度，并且支架具有双活侧护板和底调装置，底调装置用来填补支架顶梁或是底座的缝隙。