CN109915144B - 一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法 - Google Patents

一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，包含综放开采、综放转上分层综采与下分层综采三个阶段。沿煤层顶板掘运输与回风平巷，进行综放面开切眼及设备布置，形成通风系统，依据夹矸特性对顶煤可放性的影响规律以及“两个长度最短一个角度最大”原则确定爬坡线位置，当综放面推至爬坡线处，工作面开始仰采，取消放煤步骤，转变成综采工艺，穿过夹矸层，直至回采结束，待覆岩移动稳定后将下分层综采面两平巷布置在减压区内，同时确定下分层切眼保护煤柱宽度以及切眼位置，形成下分层开采系统。本发明有效解决分叉煤层综放转综采复杂地质条件技术难题，降低煤柱留设量，提高回采率，方法实施简单，成本低，具有很好的推广价值。

Description

一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法
技术领域
本发明涉及一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，属于厚煤层开采技术领域。
背景技术
厚煤层(3.5m以上)是我国煤炭产能中的主力生产煤层，产量占总产能的45％左右，主要分布在山西、陕西、内蒙和新疆境内。厚煤层赋存条件多样，大量的厚煤层属于倾斜煤层甚至急倾斜煤层，目前厚煤层的开采技术主要有三种，即大采高一次采全高，放顶煤和分层开采。在当前的技术水平条件下，大采高一次采全高的最大开采高度为8.8m，应用于我国神华神东公司的上湾煤矿，虽然大采高一次采全高技术采出率较高，但是设备庞大，对地质条件适应性较差，且前期投入高，应用范围较为有限。放顶煤技术在我国经过30多年的发展已经相对成熟，在厚煤层开采中应用非常广泛。然而厚煤层经常出现分叉的情况，煤层有原来的单一煤层在厚夹矸的作用下变成了两层煤或者多层煤，此时的厚煤层开采即转变成极近距离多煤层开采，对于近距离煤层开采，由于层间距较小，上煤层的开采必然会对下煤层的开采造成一定影响，上煤层采后遗留的煤柱和采空区冒落的岩石处于不断的运动压实过程中，并且通过煤柱和采空区矸石将应力传递到下部煤层，会对下部煤层顶板和巷道等造成一定的影响，改变了下部煤层的应力环境，导致下煤层在开采容易造成顶板垮落、巷道变形严重、支护较困难等难题，严重影响到下煤层的安全开采，所以分叉近距离煤层的开采属于复杂煤层开采，需要考虑的影响因素较多，也是难开采煤层，但这种煤层在我国的许多矿区分布较为广泛，因此解决分叉近距离煤层开采的技术问题对于解决这些地区煤矿开采难题具有重大意义，对于煤炭资源的可持续发展有着长远而深入的影响。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，以解决大倾角综放厚煤层回采过程中突遇煤层中夹矸厚度大于可放夹矸厚度的复杂地质条件的难题，有效提高煤炭资源的回采率，进一步加强了煤炭资源的高效、安全开采。
技术方案：本发明的大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，包括如下步骤：
a.分别从运输上山与回风上山开切口，在煤体内沿煤层顶板掘进出运输平巷与回风平巷，在区段边界开综放面切眼并布置综放面设备，形成通风系统，依据夹矸特性对顶煤可放性的影响规律以及“两个长度最短一个角度最大”原则确定爬坡线的位置，综放面由区段边界向爬坡线方向推进；
b.当综放面推进到爬坡线处，工作面以设备最大爬坡角度α进行仰采，开采工艺由综采放顶煤工艺转变成普通综采工艺，工作面仰斜穿过夹矸层，连续推进至上分层煤层，待工作面完全进入上分层煤层后，沿上分层煤层底板方向推进，直至上分层煤层回采结束；
c.在确定下分层运输平巷、下分层回风平巷的内外错布置方式和下分层综采面切眼与后方爬坡线之间的下分层综采面切眼保护煤柱宽度之后，分别从运输上山与回风上山开切口，在下分层煤层内沿煤层底板重新掘进出下分层运输平巷、下分层回风平巷和下分层综采面切眼，工作面沿着下分层煤层底板推进，直至回采结束。
所述夹矸特性对顶煤可放性的影响规律是夹矸特性对顶煤可放性的影响，即分叉煤层夹矸的最大厚度需满足
Figure BDA0002030077120000021
式中：d允-夹矸允许最大厚度(m)，D-夹矸悬顶步距(m)，γ顶煤-顶煤容重(N/m3)，γ夹矸-夹矸容重(N/m3)，d顶煤-顶煤厚度(m)，Kt-夹矸抗拉强度(MPa)。
所述的“两个长度最短一个角度最大”是指割矸长度和底煤遗留长度最短和工作面设备最大爬坡角度α最大的原则综合确定爬坡线的位置。
当工作面的仰采推进到上分层煤层后，取消综采放顶煤工艺，相应调整支架高度，工作面由仰采转变成沿上分层煤层底板方向推进，进行回采上分层煤层煤炭资源。
所述的下分层运输平巷、下分层回风平巷的内外错布置方式和下分层综采面切眼保护煤柱的宽度根据具体实际地质条件，采用现场监测、数值计算和物理相似模拟相结合的方法确定。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明有效解决了资源紧缺矿井在实施大倾角综放厚煤层过程中遇到煤层中夹矸厚度大于可放夹矸厚度而无法保障高效回采率的技术难题；采用工作面爬坡穿过夹矸，进行回采上分层煤炭资源，提高了煤炭资源的回采率；通过在夹矸层下方布置下分层综采面切眼，回采下分层煤层，使受地质条件限制的煤炭资源实现高效回采。本发明采用大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，使综放阶段安全过渡到综采阶段，解决了综放开采夹矸厚度较大而导致的放顶煤含矸率增大以及由此带来的安全问题，同时最大化合理安全地回采上、下分层煤炭资源，技术方法实施简单，成本低，具有很好的而推广价值。
附图说明
图1是本发明的大倾角分叉煤层综放转综采连续推进爬坡过程图；
图2是本发明的大倾角分叉煤层综放转综采上下分层工作面布置图；
图3是本发明的大倾角分叉煤层综放转综采上下分层工作面布置图走向剖面图。
图中：1-运输上山；2-轨道上山；3-回风上山；4-回风平巷；5-运输平巷；6-下分层回风平巷；7-下分层运输平巷；8-综放面采空区；9-爬坡线；10-下分层综采面切眼；11-下分层综采面切眼保护煤柱；12-综放面；13-上分层综采面；14-下分层综采面；15-仰采面；16-割矸长度；17-底煤遗留长度；18-上分层煤层；19-夹矸；20-下分层煤层。
具体实施方式
下面结合附图中实施例对本发明作进一步的说明：
本发明的大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，具体步骤如下：
a.分别从运输上山1与回风上山3开切口，在煤体内沿煤层顶板掘进出运输平巷5与回风平巷4，在区段边界开综放面切眼并布置综放面设备，形成通风系统，依据夹矸特性对顶煤可放性的影响规律以及“两个长度最短一个角度最大”原则确定爬坡线9的位置，综放面由区段边界向爬坡线9方向推进；所述的“两个长度最短一个角度最大”是指割矸长度16和底煤遗留长度17最短和工作面设备最大爬坡角度α最大的原则综合确定爬坡线9的位置。
b.当综放面推进到爬坡线9处，工作面以设备最大爬坡角度α进行仰采，开采工艺由综采放顶煤工艺转变成普通综采工艺，工作面仰斜穿过夹矸层19，连续推进至上分层煤层18，待工作面完全进入上分层煤层18后，沿上分层煤层18底板方向推进，直至上分层煤层18回采结束；当工作面的仰采推进到上分层煤层18后，取消综采放顶煤工艺，相应调整支架高度，工作面由仰采转变成沿上分层煤层18底板方向推进，进行回采上分层煤层18煤炭资源。
c.分别从运输上山1与回风上山3开切口，在下分层煤层20内沿煤层底板重新掘进出下分层运输平巷7、下分层回风平巷6和下分层综采面切眼10，并研究下分层运输平巷7、下分层回风平巷6的内外错方式，确定下分层综采面切眼10与后方爬坡线9之间留设78m的下分层综采面切眼保护煤柱11，工作面沿着下分层煤层20底板推进，直至回采结束。
所述夹矸特性对顶煤可放性的影响规律是夹矸特性对顶煤可放性的影响，即分叉煤层夹矸的最大厚度需满足
Figure BDA0002030077120000041
式中：d允-夹矸允许最大厚度(m)，D-夹矸悬顶步距(m)，γ顶煤-顶煤容重(N/m3)，γ夹矸-夹矸容重(N/m3)，d顶煤-顶煤厚度(m)，Kt-夹矸抗拉强度(MPa)。
所述的下分层运输平巷7、下分层回风平巷6的内外错布置方式和下分层综采面切眼保护煤柱11的宽度根据具体实际地质条件，采用现场监测、数值计算和物理相似模拟相结合的方法确定。

Claims (3)

1.一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.分别从运输上山(1)与回风上山(3)开切口，在煤体内沿煤层顶板掘进出运输平巷(5)与回风平巷(4)，在区段边界开综放面切眼并布置综放面设备，形成通风系统，依据夹矸特性对顶煤可放性的影响规律以及“两个长度最短一个角度最大”原则确定爬坡线(9)的位置，综放面由区段边界向爬坡线(9)方向推进；
所述的“两个长度最短一个角度最大”是指割矸长度(16)和底煤遗留长度(17)最短和工作面设备最大爬坡角度α最大的原则综合确定爬坡线(9)的位置；
所述夹矸特性对顶煤可放性的影响规律是夹矸特性对顶煤可放性的影响，即分叉煤层夹矸的最大厚度需满足
Figure FDA0002396911020000011
式中：d允-夹矸允许最大厚度m，D-夹矸悬顶步距m，γ顶煤-顶煤容重N/m3，γ夹矸-夹矸容重N/m3，d顶煤-顶煤厚度m，Kt-夹矸抗拉强度MPa；
b.当综放面推进到爬坡线(9)处，工作面以设备最大爬坡角度α进行仰采，开采工艺由综采放顶煤工艺转变成普通综采工艺，工作面仰斜穿过夹矸层(19)，连续推进至上分层煤层(18)，待工作面完全进入上分层煤层(18)后，沿上分层煤层(18)底板方向推进，直至上分层煤层(18)回采结束；
c.在确定下分层运输平巷(7)、下分层回风平巷(6)的内外错布置方式和下分层综采面切眼(10)与后方爬坡线(9)之间的下分层综采面切眼保护煤柱(11)宽度之后，分别从运输上山(1)与回风上山(3)开切口，在下分层煤层(20)内沿煤层底板重新掘进出下分层运输平巷(7)、下分层回风平巷(6)和下分层综采面切眼(10)，工作面沿着下分层煤层(20)底板推进，直至回采结束。
2.根据权利要求1所述的一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，其特征在于：当工作面的仰采推进到上分层煤层(18)后，取消综采放顶煤工艺，相应调整支架高度，工作面由仰采转变成沿上分层煤层(18)底板方向推进，进行回采上分层煤层(18)煤炭资源。
3.根据权利要求1所述的一种大倾角分叉煤层综放转综采连续推进开采方法，其特征在于：所述的下分层运输平巷(7)、下分层回风平巷(6)的内外错布置方式和下分层综采面切眼保护煤柱(11)的宽度根据具体实际地质条件，采用现场监测、数值计算和物理相似模拟相结合的方法确定。
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