CN106246184A - 一种急倾斜煤层的开采方法 - Google Patents

一种急倾斜煤层的开采方法 Download PDF

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梁翠云
刘昆轮
张新战
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Abstract

本发明公开了一种急倾斜煤层的开采方法,包括如下步骤:S001:将急倾斜煤层沿着水平方向从上往下依次划分多个水平段开采层,并在每个所述水平段开采层内按照厚度划分为开采底层和位于所述开采底层上部的放煤顶层;S002:按照从上往下的顺序依次开采每个所述水平段开采煤层;其中,采用采煤设备在所述开采底层内进行开采;在每个所述水平段开采煤层内进行开采时,始终超前所述采煤设备,对所述放煤顶层进行预先弱化,形成弱化区域;在所述采煤设备推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域后,所述放煤顶层中煤被放出。

Description

一种急倾斜煤层的开采方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及采矿技术领域,尤其涉及一种急倾斜煤层的开采方法。
背景技术
[0002] 我国现有采煤方法大多适用于近水平、缓急倾斜煤层群。而在煤层倾斜角度较高 的急倾斜煤层中,不能适用上述采煤方法。由于传统的采煤方法或水平分段采煤方法随着 采深的增加,受采动影响易发生顶板突然垮落、顶煤难以放下或突然垮落的情形,增加了作 业的危险性。并且传统的采煤方法,由于顶煤不能完全放出来,其生产率低。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种能够适用于急倾斜煤层的开采方法, 其生产效率高,施工安全。
[0004] 本发明技术方案提供一种急倾斜煤层的开采方法,包括如下步骤:S001:将急倾斜 煤层沿着水平方向从上往下依次划分多个水平段开采层,并在每个所述水平段开采层内按 照厚度划分为开采底层和位于所述开采底层上部的放煤顶层;S002:按照从上往下的顺序 依次开采每个所述水平段开采煤层;其中,采用采煤设备在所述开采底层内进行开采;在每 个所述水平段开采煤层内进行开采时,始终超前所述采煤设备,对所述放煤顶层进行预先 弱化,形成弱化区域;在所述采煤设备推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域后,所述放煤 顶层中煤被放出。
[0005] 进一步地,对所述放煤顶层进行预先弱化的步骤包括:对所述放煤顶层进行注水 弱化;对所述放煤顶层进行爆破弱化。
[0006] 进一步地,对所述放煤顶层进行注水弱化的步骤包括:从所述采煤工作面两侧的 巷道内向所述放煤顶层的两侧施工多排钻孔;向施工好的所述钻孔内注水;将注满水的所 述钻孔进行封孔,并静置预设时间。
[0007] 进一步地,对所述放煤顶层进行爆破弱化的步骤包括:将所述钻孔内的水抽出;向 所述钻孔内填装炸药,并爆破。
[0008] 进一步地,对所述放煤顶层施工所述钻孔的区域采用单体支柱和铰接梁进行加强 支护。
[0009] 进一步地,所述钻孔的孔深在10m~15m之间,封孔长度在2m~5m之间,孔径为 0. lm,相邻两个所述钻孔的间距在0.5m~lm之间,相邻两排所述钻孔的排距在3m~6m之间。
[0010] 进一步地,采用高压水栗将水以高压的方式注入到所述钻孔内。
[0011]进一步地,在采煤工作面中布置有放顶煤支架,所述放顶煤支架的后部具有升降 挡板;在所述采煤设备未推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域之前,处于所述弱化区域 的所述放顶煤支架的所述升降挡板处于升起状态,支撑所述放顶煤层;在所述采煤设备推 进至所述放煤顶层中的所述弱化区域时,处于所述弱化区域的所述放顶煤支架的所述升降 挡板处于降落状态,所述放煤顶层中煤从降落的所述升降挡板处被放出。
[0012] 进一步地,所述急倾斜煤层的倾斜角度在45°~87°之间。
[0013] 进一步地,所述开采底层与所述放煤顶层的厚度比在1:8~1:4之间。
[0014] 采用上述技术方案,具有如下有益效果:
[0015] 本发明提供的急倾斜煤层的开采方法,采用预先综合弱化与采煤设备协同运动, 提高了产能,并防止了放顶煤层悬空进而造成的垮落,提高了作业的安全性。
附图说明
[0016] 图1为本发明提供的急倾斜煤层的开采方法的步骤示意图;
[0017] 图2为水平段开采层的布置示意图;
[0018] 图3为沿着采煤设备的方向,在放煤顶层内布置钻孔的示意图;
[0019] 图4为垂直于采煤设备的方向,在放煤顶层内布置钻孔的示意图;
[0020] 图5为放顶煤支架的结构示意图。
[0021] 附图标记对照表:
[0022] 1-急倾斜煤层; 2-水平段开采层;21-开采底层;
[0023] 22-放煤顶层; 3_钻孔; 4_巷道;
[0024] 5-放顶煤支架; 51-升降挡板。
具体实施方式
[0025]下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。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。
[0026]本发明提供的采煤方法或开采方法主要应用于急倾斜煤层,急倾斜煤层是指倾斜 角度在40°以上的煤层。
[0027]本发明提供的开采方法优选适用于倾斜角度在45°~87°之间的急倾斜煤层。
[0028] 如图1-4所示,本发明一实施例提供的一种急倾斜煤层的开采方法,包括如下步 骤:
[0029] S001:将急倾斜煤层1沿着水平方向从上往下依次划分多个水平段开采层2,并在 每个水平段开采层2内按照厚度划分为开采底层21和位于开采底层21上部的放煤顶层22。
[0030] S002:按照从上往下的顺序依次开采每个水平段开采煤层2。
[0031]其中,采用采煤设备在开采底层21内进行开采。
[0032] 在每个水平段开采煤层2内进行开采时,始终超前采煤设备或采煤工作面,对放煤 顶层22进行预先弱化,形成弱化区域。
[0033] 在采煤设备推进至放煤顶层22中的弱化区域后,放煤顶层22中煤被放出。
[0034]其中,开采底层21是指使用采煤设备进行开采的煤层,其位于水平段开采层2的底 部,所以称之为开采底层。
[0035] 放煤顶层22是指在开采过程中,直接将煤放出,而不需要直接对其进行开采的煤 层,其位于水平段开采层2的顶部,所以称之为放煤顶层。
[0036] 当上部水平段开采煤层2被开采完毕后,在下部的水平段开采煤层2 [0037]之上就形成了图2-4所示的采空区。
[0038] 采煤设备包括采煤机、运输机等等,其布置在采煤工作面上。
[0039] 本发明提供的急倾斜煤层的开采方法,通过将急倾斜煤层划分多段水平段开采煤 层,并在水平段开采煤层内对开采底层采用采煤设备进行开采,对放顶煤层预先进行弱化, 然后将放顶煤层内的煤随同采煤设备或采煤工作面的推进而放出,提高了产能,并防止了 放顶煤层悬空进而造成的垮落,提高了作业的安全性。
[0040] 较佳地,对放煤顶层22进行预先弱化的步骤包括:
[0041] 对放煤顶层22进行注水弱化和对放煤顶层22进行爆破弱化,其本质为通过注水弱 化顶煤,再进行爆破炸裂煤体。
[0042]注水弱化是将水注入放煤顶层22内,造成放煤顶层22内产生新的或者扩大旧的裂 隙,从而造成煤体弱化,利于后续放煤。
[0043] 爆破弱化是以爆炸形成的爆生气体及冲击波(拉伸波和剪切波)共同在放煤顶层 22中传播,降低了放煤顶层22的断裂韧度,并扩展裂隙发育、增强致裂岩体的效果。
[0044] 湿润的放煤顶层22亦可大大降低爆炸产生的粉尘量和热量,有力的抑制了爆炸致 裂的缺点,同时改善了注水致裂时效性较差的缺点。
[0045] 放煤顶层22被弱化后,能够增加水平段开采层的高度、加快推进速度、防止顶煤突 然垮落。
[0046] 较佳地,对放煤顶层22进行注水弱化的步骤包括:
[0047] 从采煤工作面两侧的巷道4内向放煤顶层22的两侧施工多排钻孔3。
[0048]向施工好的钻孔3内注水。
[0049]将注满水的钻孔3进行封孔,并静置预设时间。
[0050]具体为,钻孔3的参数确定后,先进行注水弱化。
[0051]根据放煤顶层22承受的地层压力关系,确定注水压力,大约为8~18MPa。
[0052]注水结束后,将钻孔3采用水泡泥进行封孔,静置大约1周时间,在进行后续状态爆 破。
[0053]较佳地,对放煤顶层22进行爆破弱化的步骤包括:
[0054]将钻孔3内的水抽出。
[0055]向钻孔3内填装炸药,并爆破。
[0056]具体为,采用正向装药,超前预爆破,在距工作面煤壁的距离1 = 10~50米(如图3 所示)处一次起爆所有钻孔。
[0057]较佳地,对放煤顶层22施工钻孔3的区域采用单体支柱和铰接梁进行加强支护,提 高支护效果,防止在爆破时发生冒顶事故,有效控制支护着预裂煤体。
[0058] 较佳地,钻孔的孔深在10m~15m之间,封孔长度在2m~5m之间,孔径为0.1m,相邻 两个钻孔的间距在〇.5m~lm之间,相邻两排钻孔的排距在3m~6m之间。
[0059]按爆炸冲击波公式得到裂隙圈半径,由公式(1)知:
Figure CN106246184AD00061
[0061]式中;b=y/a_y),μ为岩体泊松比。
[0062] Ρ2为应力波初始径向应力峰值:
Figure CN106246184AD00071
[0064]其中,pQ炸药的密度;D为炸药的爆速;d。为炸药直径;db为钻孔直径;η为孔壁压力 增大系数,η = 8~10; St为岩体的动抗拉强度;a为应力波衰减指数,a = 2-b; r为炮眼半径。 [0065] 采用环保型乳胶基质炸药(p〇 = 1 · 0g/cm3、D = 3800~4500m/s),由上述公式(1)得 裂隙圈半径:Rp~3m。则选取钻孔排距为6m。
[0066] 优选地,采用高压水栗将水以高压的方式注入到钻孔3内,以对煤层进行冲击,形 成新的或者扩大旧的裂隙。
[0067] 较佳地,在采煤工作面中布置有放顶煤支架5,放顶煤支架5的后部具有升降挡板 51〇
[0068] 在采煤设备未推进至放煤顶层22中的弱化区域之前,处于弱化区域的放顶煤支架 5的升降挡板51处于升起状态,支撑放顶煤层22。
[0069] 在采煤设备推进至放煤顶层22中的弱化区域时,处于弱化区域的放顶煤支架5的 升降挡板51处于降落状态,放煤顶层22中煤从降落的升降挡板51处被放出。
[0070] 升降挡板51铰接在顶煤支架5的主体上,其通过油缸驱动其升降或上下摆动。
[0071] 采煤机或采煤设备完成进刀循环停机后,开始放顶煤。
[0072] 放煤方法采用由底板向顶板方向多轮间隔式顺序放煤,具体为将布置在采煤工作 面中的多个放顶煤支架5沿着采煤工作面推进的方向依次编号为1、2、3、4、5、6、7、8……,先 按1、3、5、7……,号放顶煤支架顺序放煤,再按2、4、6、8……,号放顶煤支架顺序放煤,反复 多次放煤,每次放煤量不宜过大,见矸即停。
[0073]放煤顺序大致如下:1号放顶煤支架一3号放顶煤支架一5号放顶煤支架一7号放顶 煤支架……,一2号放顶煤支架一4号放顶煤支架一6号放顶煤支架一8号放顶煤支架……。
[0074] 通过上述放煤方式,在某个放顶煤支架放煤时,其又会对放煤顶层22造成弱化,利 于将放煤顶层22中煤顺利放出。
[0075] 优选地,开采底层21与放煤顶层22的厚度比在1:8~1:4之间,大大减小了巷道的 掘进量,提高了采煤效率,有效地减小了开采吨煤所需的成本。
[0076]根据需要,可以将上述各技术方案进行结合,以达到最佳技术效果。
[0077]以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出,对于本领域的普通技 术人员来说,在本发明原理的基础上,还可以做出若干其它变型,也应视为本发明的保护范 围。

Claims (10)

1. 一种急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,包括如下步骤: S001:将急倾斜煤层沿着水平方向从上往下依次划分多个水平段开采层,并在每个所 述水平段开采层内按照厚度划分为开采底层和位于所述开采底层上部的放煤顶层; S002:按照从上往下的顺序依次开采每个所述水平段开采煤层; 其中,采用采煤设备在所述开采底层内进行开采; 在每个所述水平段开采煤层内进行开采时,始终超前所述采煤设备,对所述放煤顶层 进行预先弱化,形成弱化区域; 在所述采煤设备推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域后,所述放煤顶层中煤被放 出。
2. 根据权利要求1所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,对所述放煤顶层进行预 先弱化的步骤包括: 对所述放煤顶层进行注水弱化; 对所述放煤顶层进行爆破弱化。
3. 根据权利要求2所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,对所述放煤顶层进行注 水弱化的步骤包括: 从所述采煤工作面两侧的巷道内向所述放煤顶层的两侧施工多排钻孔; 向施工好的所述钻孔内注水; 将注满水的所述钻孔进行封孔,并静置预设时间。
4. 根据权利要求3所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,对所述放煤顶层进行爆 破弱化的步骤包括: 将所述钻孔内的水抽出; 向所述钻孔内填装炸药,并爆破。
5. 根据权利要求3或4所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,对所述放煤顶层施 工所述钻孔的区域采用单体支柱和铰接梁进行加强支护。
6. 根据权利要求3或4所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,所述钻孔的孔深在 10m~15m之间,封孔长度在2m~5m之间,孔径为0. lm,相邻两个所述钻孔的间距在0.5m~lm 之间,相邻两排所述钻孔的排距在3m~6m之间。
7. 根据权利要求3所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,采用高压水栗将水以高 压的方式注入到所述钻孔内。
8. 根据权利要求1所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,在采煤工作面中布置有 放顶煤支架,所述放顶煤支架的后部具有升降挡板; 在所述采煤设备未推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域之前,处于所述弱化区域的 所述放顶煤支架的所述升降挡板处于升起状态,支撑所述放顶煤层; 在所述采煤设备推进至所述放煤顶层中的所述弱化区域时,处于所述弱化区域的所述 放顶煤支架的所述升降挡板处于降落状态,所述放煤顶层中煤从降落的所述升降挡板处被 放出。
9. 根据权利要求1所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,所述急倾斜煤层的倾斜 角度在45°~87°之间。
10. 根据权利要求1所述的急倾斜煤层的开采方法,其特征在于,所述开采底层与所述 放煤顶层的厚度比在1:8~1:4之间。
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