CN110566205B - 急倾斜煤层开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及急倾斜煤层开采技术领域，是一种急倾斜煤层开采方法，其包括如下步骤：步骤一，在区段上部水平沿煤层走向布置一条回风顺槽，在区段下部水平沿煤层走向布置一条运输顺槽至采区边界；步骤二，沿煤层走向倾斜布置开切眼，开切眼与运输顺槽的夹角范围为8°至40°。本发明使采区主系统、回风顺槽、运输顺槽和工作面巷道共同形成完整的U型通风，同时与采煤系统共同形成了一个在该采煤工艺基础下的高效、高产、安全的长壁机械化开采工作面，使该种不可开采煤层再次变为可开采煤层，并且通风系统不会随着煤层的开采而遭到破坏，极大的提高该种煤层的开采效率，提高安全性，提高自动化开采水平。

Description

急倾斜煤层开采方法

技术领域

本发明涉及急倾斜煤层开采技术领域，是一种急倾斜煤层开采方法。

背景技术

传统的液压支架、采煤机、刮板输送机的三机配套长壁式开采工作面，支架布置方式为支架顶梁支撑顶板，支架底座支撑底板，支架顶梁、底座平行于工作面（即切眼）底面，即支架为c形结构支架布置。液压支架、采煤机、刮板输送机组成的三机沿煤层倾向布置沿煤层走向推进，采煤机沿煤层走向开采支架前部煤壁的煤，该采煤方法中的三机随着煤层倾角增大而沿工作面的下滑力也增大，同时操作和维护难度也增大，煤层倾角逐渐增到一定角度后将最终无法使用。目前在大倾角煤层中使用传统的三机配套长壁式开采方法一直在研究、解决、克服工作面角度较大时的支架防倒、防滑与采煤机、刮板输送机在大倾角煤层中的防滑及使用问题，在大倾角煤层特别是角度逐渐逼近90度的煤层，传统的三机配套长壁式开采方法一直没有很好的解决方案。

在急倾斜煤层开采中, 对于煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45度的急倾斜煤层开采曾采用柔性掩护支架开采法、小阶段煤层液压支架开采工艺，但因为均存在种种缺陷已不适合该种煤层的使用。该种煤层一直没有与之配套可靠实用的三机开采设备及匹配的开采工艺可供使用，目前遇到该种煤层不得不放弃开采。

柔性掩护支架开采法的布置方式为在急倾斜煤层中上部设置与水平面平行的回风顺槽，距回风顺槽一定距离的下部设置一条与水平面平行的运输顺槽，上下巷道之间贯通工作面巷道，工作面巷道与水平面夹角为20-40度左右。柔性掩护支架向下推进过程中下部掩护支架逐渐窜入运输顺槽，窜入运输顺槽的支架需不断运输到上部回风顺槽进行支架补充，劳动强度大。此外，该型支架适应煤层厚度范围小，煤层变厚会丢没，煤层变薄就无法使用，不同的煤层变化需要配置不同长度的柔性掩护支架，存在使用不便，机械开采效率低，劳动强度大，产量低，支架不稳定，安全性差等诸多的问题，目前该采煤工艺及匹配的支护设备因劳动强度大，产量低已较少在煤矿中使用。

采用小阶段煤层液压支架开采工艺，支架的巷道布置为在急倾斜煤层中上部设置与水平面平行的回风顺槽，距回风顺槽约20米的下部设置一条与水平面平行的运输顺槽，上下巷道间每间隔6米打一个直径800mm左右的通风孔，使上下巷道贯通，形成U型通风。支架布置于下部运输顺槽道中，支架行进方向为沿运输顺槽向前推进。该种布置方式，支架后部和上部的通风孔因垮落破坏或支架顶梁遮挡无法实现U型通风，支架前部的通风孔可实现U型通风，但新鲜的空气难以到达支架所在的工作位置，支架工作位置为盲巷，易造成瓦斯聚集带来较大安全隐患，2016年因为急倾斜4-8米单一厚煤层水平分段放顶煤采煤法无法构建安全的U型通风系统存在工作面有毒有害气体聚集风险而被煤炭安检部门淘汰，目前该种设备和开采工艺已全面停用。

发明内容

本发明提供了一种急倾斜煤层开采方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有急倾斜煤层开采中的通风问题、没有与之配套的可靠实用的三机开采设备及匹配的开采工艺问题。

本发明还进一步解决了柔性掩护支架向下推进过程中下部掩护支架逐渐窜入运输顺槽，窜入运输顺槽的支架需不断运输到上部回风顺槽进行支架补充而导致的劳动强度大的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种急倾斜煤层开采方法，包括如下步骤：

步骤一，急倾斜煤层水平分段开采，在区段上部水平沿煤层走向布置一条回风顺槽，在区段下部水平沿煤层走向布置一条运输顺槽；

步骤二，沿煤层走向倾斜布置开切眼，开切眼与运输顺槽的夹角范围为8°至40°。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

步骤三：切眼中沿工作面布置多个分别顶紧在底板和顶板之间且横截面呈n形的液压支架，在液压支架内布置刮板输送机，在刮板输送机上安装有采煤机，采煤机的切割滚筒垂直于切眼向下开采。

上述步骤三中：液压支架的两侧与刮板输送机之间分别安装有推移油缸，通过推移油缸推移刮板输送机，使采煤机在顶板、底板间运动，从而将刮板输送机下方一个截深的煤全部采出。

上述步骤三中：液压支架的底部安装有伸缩支腿，通过伸缩支腿的收缩，采煤机将液压支架底部的煤采出。

上述步骤三中：液压支架上、下支架间设置拉架千斤顶，通过上部液压支架支撑，下部液压支架泄压，上部液压支架拉下部液压支架上移。通过该形式使切眼中液压支架整体上移一个工作距离，结合采煤机向下开采，液压支架的垂直切眼的向下运动，实现向煤层走向方向回采。

上述液压支架为急倾斜煤层n形综采液压支架,该急倾斜煤层n形综采液压支架包括位于顶板侧的顶板侧撑梁、采空区掩护梁、采空区铰接梁、位于底板侧的底板侧撑梁、支撑立柱，采空区掩护梁与采空区铰接梁铰接后背对采空区，顶板侧撑梁、采空区掩护梁、采空区铰接梁、底板侧撑梁间铰接后形成一个n字型结构的支架，顶板侧撑梁和底板侧撑梁之间安装有至少一排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱，顶板侧撑梁、底板侧撑梁下部均设有用于支架升降的伸缩支腿，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的顶板侧撑梁均通过拉架千斤顶连接在一起，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的底板侧撑梁均通过拉架千斤顶连接在一起，顶板侧侧撑梁、底板侧撑梁下部设有用于推移刮板输送机的推移油缸。

上述采煤机为向下开采式采煤机，其包括采煤机机身、采煤机摇臂、采煤机切割滚筒和导流板，在采煤机机身至少一侧设有采煤机切割滚筒，采煤机切割滚筒通过采煤机摇臂与采煤机机身连接在一起并能上下往复摆动，对应采煤机切割滚筒侧的采煤机机身上设有能将煤导流至刮板输送机上的导流板。

本发明通过将传统的三机配套长壁式开采工作面c形结构支架布置变更为n形结构支架布置，在液压支架的下方采煤机的切割滚筒垂直于切眼向下开采，不仅为其提供了安全的作业区域，同时该作业空间也可作为开采作业中的通风道，可确保该种煤层的U型通风，即保证了采煤机的正常作业，并且通风系统不会随着煤层的开采而遭到破坏，确保工作面通风的安全性。本发明将煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45度的急倾斜不可开采煤层变为可开采煤层，为煤矿扩充了开采储量。本发明实现了煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45度的急倾斜煤层的机械化开采，极大的提高该种煤层的开采效率，提高了煤矿的出煤产量。

附图说明

附图1为本发明主视结构示意图。

附图2为附图1的右视结构示意图。

附图3为本发明的三机配套结构示意图。

附图4为向下开采式双侧装滚筒采煤机的俯视结构示意图。

如图5为本发明两个单侧安装采煤机切割滚筒安装在刮板输送机上的布置示意图。

附图6为本发明实施例5中相邻两个急倾斜煤层n形综采液压支架的移动轨迹示意图。

附图中的编码分别为：1为回风顺槽，2为运输顺槽，3为切眼,4为底板，5为顶板，6为刮板输送机，7为伸缩支腿，8为拉架千斤顶，9为顶板侧撑梁，10为采空区掩护梁，11为采空区铰接梁，12为底板侧撑梁，13为支撑立柱，14为采煤机机身，15为采煤机摇臂，16为立井，17为采煤机切割滚筒，18为导流板，19为煤层，20为推移油缸。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该急倾斜煤层开采方法包括如下步骤：步骤一，急倾斜煤层水平分段开采，在区段上部水平沿煤层走向布置一条回风顺槽1，在区段下部水平沿煤层走向布置一条运输顺槽2至采区边界；步骤二，沿煤层走向倾斜布置开切眼3（切眼3即为工作面巷道），开切眼3与运输顺槽2的夹角范围为8°至40°；通过上述布置，可使采区主系统、回风顺槽1、运输顺槽2和切眼3共同形成完整的U型通风。且回风顺槽1和运输顺槽2均通过立井16与地面相通,从而降低了不能通风造成的安全隐患。

可根据实际需要，对上述急倾斜煤层开采方法作进一步优化或/和改进：

如附图1至6所示，步骤三：切眼3中沿工作面布置多个分别顶紧在底板4和顶板5之间且横截面呈n形的液压支架，在液压支架内布置刮板输送机6，在刮板输送机6上安装有采煤机，采煤机的切割滚筒垂直于切眼3向下开采。通过将传统的三机配套长壁式开采工作面c形结构支架布置变更为n形结构支架布置，在液压支架的下方采煤机的切割滚筒垂直于切眼3向下开采，不仅为其提供了安全的作业区域，同时该作业空间也可作为开采作业中的通风道，即保证了采煤机的正常作业，也避免了由于通风不畅造成安全事故的现象发生。本发明将煤层厚度小于8米，煤层倾角大于45度的急倾斜不可开采煤层变为可开采煤层，为煤矿扩充了开采储量。

步骤三中：为了便于将一个截深的煤采出，液压支架的两侧与刮板输送机6之间分别安装有推移油缸20，通过推移油缸20推移刮板输送机6，使采煤机在顶板5、底板4间运动，从而将刮板输送机6下方一个截深的煤全部采出。

如附图3所示，步骤三中：为了能将液压支架底部的煤采出，液压支架的底部安装有伸缩支腿7，通过伸缩支腿7的收缩，采煤机将液压支架底部的煤采出。

如附图3所示，步骤三中：液压支架的上、下支架间设置拉架千斤顶8，通过上部液压支架支撑，下部液压支架泄压，上部液压支架拉下部液压支架上移。通过该形式使切眼3中的液压支架整体上移一个工作距离，结合采煤机向下开采，液压支架的垂直切眼的向下运动，实现向煤层走向方向回采。

如附图3所示，液压支架为急倾斜煤层n形综采液压支架,该急倾斜煤层n形综采液压支架包括位于顶板5侧的顶板侧撑梁9、采空区掩护梁10、采空区铰接梁11、位于底板4侧的底板侧撑梁12、支撑立柱13，采空区掩护梁10与采空区铰接梁11铰接后背对采空区，顶板侧撑梁9、采空区掩护梁10、采空区铰接梁11、底板侧撑梁12间铰接后形成一个n字型结构的支架，顶板侧撑梁9和底板侧撑梁12之间安装有至少一排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱13，顶板侧撑梁9、底板侧撑梁12下部均设有用于支架升降的伸缩支腿7，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的顶板侧撑梁9均通过拉架千斤顶8连接在一起，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的底板侧撑梁12均通过拉架千斤顶8连接在一起，顶板侧侧撑梁9、底板侧撑梁12下部设有用于推移刮板输送机6的推移油缸20，伸缩支腿7可为液压油缸驱动伸缩。

如附图3、4、5、6所示，采煤机为向下开采式采煤机，其包括采煤机机身14、采煤机摇臂15、采煤机切割滚筒17和导流板18，在采煤机机身14至少一侧设有采煤机切割滚筒17，采煤机切割滚筒17通过采煤机摇臂15与采煤机机身14连接在一起并能上下往复摆动，对应采煤机切割滚筒17侧的采煤机机身14上设有能将煤导流至刮板输送机6上的导流板18。当煤层19较薄（煤层19厚度2米及以下）时，采煤机机身14仅配置单侧采煤机切割滚筒17及单侧导流板18，开采方法为刮板输送机6上布置两台装有单侧采煤机切割滚筒17的向下开采式采煤机，一台采煤机切割滚筒17装于采煤机机身14左侧，另一台采煤机切割滚筒17装于采煤机机身14右侧，刮板输送机6靠右侧布置时用布置在采煤机机身14左侧的采煤机切割滚筒17开采刮板输送机6左侧的煤，一定宽度的煤采完后将向下开采式采煤机停于采煤工作面巷道端部，然后刮板输送机6向左移动至台阶下方，再用另一台装在采煤机机身14右侧的采煤机切割滚筒17开采刮板输送机6右侧的煤，从而实现工作面一个截深的煤全部采出。当煤层19较厚（煤层19厚度2米以上）时，通过一台向下开采式采煤机左右两侧的采煤机切割滚筒17向下切割及刮板输送机6的左右移动将工作面一个截深的煤全部采出。工作面一个截深的煤全部开采完后工作面巷道）的急倾斜煤层n形综采液压支架从下向上依次泄压收伸缩支腿7降架后支撑完成支架在图示（102）方向下降一个工作距离。油缸将支架A往上拉，然后通过支架A撑紧顶板5和底板4，支架B的支撑立柱13适当泄压，然后采用支架A拉支架B上移实现支架B向图示（101）箭头方向移动，通过该方法使工作面的急倾斜煤层n形综采液压支架整体上移一个工作距离，从而实现急倾斜煤层n形综采液压支架总体上向（103）所示方向移动，通过工作面急倾斜煤层n形综采液压支架向（103）箭头方向不断移动实现将工作面煤炭回采并全部采出，避免了作业过程中急倾斜煤层n形综采液压支架窜入至运输顺槽10内，避免出现下部急倾斜煤层n形综采液压支架向上部回风顺槽倒换架工作，有效降低了劳动强度，提高了作业效率。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (3)

1.一种急倾斜煤层开采方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，急倾斜煤层水平分段开采，在区段上部水平沿煤层走向布置一条回风顺槽，在区段下部水平沿煤层走向布置一条运输顺槽；步骤二，沿煤层走向倾斜布置开切眼，开切眼与运输顺槽的夹角范围为8°至40°，回风顺槽、切眼、运输顺槽形成完整的U型通风；步骤三：切眼中沿工作面布置多个分别顶紧在底板和顶板之间且横截面呈n形的液压支架，在液压支架内布置刮板输送机，在刮板输送机上安装有采煤机，采煤机的切割滚筒垂直于切眼向下开采，步骤三中：液压支架上、下支架间设置拉架千斤顶，通过上部液压支架支撑，下部液压支架泄压，上部液压支架拉下部液压支架上移，使切眼中液压支架整体上移一个工作距离，结合采煤机向下开采，液压支架的垂直切眼的向下运动，实现向煤层走向方向回采，液压支架的两侧与刮板输送机之间分别安装有推移油缸，通过推移油缸推移刮板输送机，使采煤机在顶板、底板间运动，从而将刮板输送机下方一个截深的煤全部采出，步骤三中：液压支架的底部安装有伸缩支腿，通过伸缩支腿的收缩，采煤机将液压支架底部的煤采出。

2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层开采方法，其特征在于液压支架为急倾斜煤层n形综采液压支架,该急倾斜煤层n形综采液压支架包括位于顶板侧的顶板侧撑梁、采空区掩护梁、采空区铰接梁、位于底板侧的底板侧撑梁、支撑立柱，采空区掩护梁与采空区铰接梁铰接后背对采空区，顶板侧撑梁、采空区掩护梁、采空区铰接梁、底板侧撑梁间铰接后形成一个n字型结构的支架，顶板侧撑梁和底板侧撑梁之间安装有至少一排支撑立柱，每排支撑立柱包括两根平行设置的支撑立柱，顶板侧撑梁、底板侧撑梁下部均设有用于支架升降的伸缩支腿，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的顶板侧撑梁均通过拉架千斤顶连接在一起，每相邻的两个急倾斜煤层n形综采液压支架的底板侧撑梁均通过拉架千斤顶连接在一起，顶板侧侧撑梁、底板侧撑梁下部设有用于推移刮板输送机的推移油缸。

3.根据权利要求1或2所述的急倾斜煤层开采方法，其特征在于采煤机为向下开采式采煤机，其包括采煤机机身、采煤机摇臂、采煤机切割滚筒和导流板，在采煤机机身至少一侧设有采煤机切割滚筒，采煤机切割滚筒通过采煤机摇臂与采煤机机身连接在一起并能上下往复摆动，对应采煤机切割滚筒侧的采煤机机身上设有能将煤导流至刮板输送机上的导流板。