CN111335894A - 一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法 - Google Patents

一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，包括：一、布置工作面巷道：将煤层沿倾向划分为若干水平分段、布置工作面回采巷道、在回采巷道两侧形成通风系统、在进风侧形成运煤系统以及在采空区中形成沿空回风巷道，二、回采：采用煤巷综掘机进行落煤、沿工作面推进方向布置两台牵引支架、垂直牵引支架布置两台放煤支架、放煤前在工作面回采巷道打深孔对顶煤进行预裂、预裂后先拉移两台牵引支架再同时向前拉移两台放煤支架，第一台放煤支架放煤1/3后由第二台放煤支架放煤1/3，如此交替反复，当矸石占到放煤量的一半时停止放煤。本发明的有益之处在于：设计合理、施工简便且煤炭回收率高、开采过程安全。

Description

一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法
技术领域
本发明涉及一种煤层开采方法，具体涉及一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
急倾斜煤层是指倾角大于45°的煤层，在俄罗斯、乌克兰、波兰等国家和我国西部地区以及南方缺煤地区赋存较多，特别是新疆储量丰富，但开采难度极大。开采此类煤层的小型煤矿普遍采用传统的非机械化采煤法，如落垛、仓储、台阶、巷放等，此类方法机械化程度低、劳动强度大、工艺复杂、作业环境差、管理难度大、安全事故多、产量效率低。20世纪70年代以来，中型煤矿在急倾斜煤层开采中逐步试验钢丝绳锯采煤法、伪斜柔性掩护支架采煤法、分段密集采煤法、倒台阶采煤法等，但这些方法仍然存在劳动强度大、产量效率低等问题。随着20世纪80年代综采技术的发展，大中型煤矿试验成功了急倾斜特厚煤层(10m以上)水平分段综合机械化放顶煤采煤法(简称综放采煤法)，该方法劳动强度显著降低、安全状况和工作环境明显改善，但工作面长度由于受煤层厚度和倾角的双重制约，忽长忽短，工作面被迫频繁增减支架，无法正常推进。近年来，有的煤矿为了提高急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面产量，试验了加大分段高度(即大段高)以加大顶煤厚度的方法，尽管该方法产量和效率的增加幅度都较大，但由于“跨层拱”的形成，分段高度增加受到制约，工作面产量增加依然受限。近十多年来，大倾角中厚煤层走向长壁综采技术日趋成熟，该技术取得了良好的安全与经济效益，倾角小于55°、厚度小于4m的稳定煤层采用走向长壁(综采、大采高、综放)开采效果较好，但随着煤层倾角增大和工作面加长，顶煤控制难度大，支架易失稳，倒架的问题尤为严重，特别是煤层松散时，顶煤漏冒加剧并沿工作面倾斜向上迅速扩展，导致支架群滑群倒，工作面生产瘫痪，处理冒顶和倒架事故难度极大，安全隐患剧增，恢复生产异常困难，由于冒落顶煤滑滚并大量堆积在工作面下部采空区而无法放出，导致顶煤放出率极低，另外，走向长壁工作面长度一般为80m以上，工作面操控与管理难度极大，且随着长度的加大，难度更是异常大，经常会造成工作面无法正常生产。
对于煤层倾角大于55°、煤层厚度4m-10m的急倾斜厚煤层，开采此类煤层时：
采用水平分段综放开采时，存在工作面短、巷道掘进率高、生产效率低等问题；
采用急倾斜走向长壁综放时，存在支架稳定性差、工作面设备易倾倒和下滑、采场覆岩活动剧烈、顶板难以管理、回采工艺复杂、顶煤放出率低、效益及安全性差等问题。
可见，目前国内外尚没有一种合理的采煤方法能够安全高效的开采倾角大于55°、厚度4m-10m的急倾斜厚煤层，亟需探寻一种施工简便、开采过程安全可靠并且煤炭回收率高的新的采煤方法。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种设计合理、施工简便并且煤炭回收率高、开采过程安全的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、布置工作面巷道
1、在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段；
2、根据煤层厚度沿煤层底板或全断面布置工作面回采巷道；
3、回采巷道在煤层一边缘依次通过进风斜巷、阶段运输石门与阶段运输大巷联接，形成运煤系统和进风系统；回采巷道在煤层另一边缘依次通过回风斜巷、阶段回风石门与阶段回风大巷联接，形成回风系统；
4、回采工作面从回风斜巷侧向进风斜巷侧推进的过程中，在回采巷道沿煤层顶板侧采用柔性掩护支架和金属网在采空区中形成沿空回风巷道，在工作面形成“Z”型通风；
二、回采
1、采用配有转载机和可伸缩的带式输送机的煤巷综掘机进行落煤，落下的煤通过转载机和带式输送机依次经阶段运输石门和阶段运输大巷运出；
2、沿工作面推进方向布置两台牵引支架，垂直于两台牵引支架横向布置两台放煤支架，两台放煤支架放煤口均位于煤层底板侧；
3、在放煤口下方布置一台刮板输送机，刮板输送机机头通过转载机与带式输送机机尾搭接；
4、放煤前，在工作面回采巷道打深孔对顶煤进行预裂，钻孔超前工作面施工；
5、预裂后，检查墩柱和操作控制阀，然后先拉移第一台牵引支架，再拉移第二台牵引支架，之后以两台牵引支架为支撑同时向前拉移两台放煤支架，完成一个步距的拉移，接下来先打开第一台放煤支架的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，再打开第二台放煤支架的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，如此交替反复，当矸石占到放煤量的一半时，停止放煤；
6、放出的顶煤由刮板输送机通过转载机转入带式输送机再依次经阶段运输石门和阶段运输大巷运出。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，分段高度为10m。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，回采巷道宽度为4-6m、高度为2.5m。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，煤层厚度为4-6m时，工作面回采巷道掘进一次成巷，沿煤层全断面布置；煤层厚度为6-10m时，工作面回采巷道靠近煤层底板布置。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，沿空回风平巷在工作面前方20m范围内用液压支柱和铰接顶梁完成超前临时支护，在靠近煤层顶板侧的回采巷道帮部用柔性掩护支架和金属网维护形成回风平巷，巷道高2.0m、底宽0.6m，随着支架向前推移，随后维护下一段沿空回风平巷，以此接续。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，两台牵引支架选用的均是ZZ4800/17/35H型支撑式液压支架。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，两台放煤支架选用的均是ZF3800/17/32型液压支架并且取消了前梁、缩短了顶梁长度同时将两台支架底座相连。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，深孔布置既有偏向采空区的倾斜角，还有沿煤层倾斜的水平偏角。
前述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，移架步距为3.0m。
本发明的有益之处在于：
1、本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，不仅只需掘进一条回采巷道，打破了传统的水平分段放顶煤开采两条回采巷道的施工方式，巷道掘进率提高，而且取消了采煤机落煤工序，以煤巷综掘机代替采煤机进行落煤，提升了开采机械化程度，减轻了工人的劳动强度，整体设计合理、施工简便。
2、本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，在工作面采用柔性掩护支架沿空巷道形成“Z”型通风，解决了传统巷道放顶煤开采独头巷道通风困难的问题，也提供了一条紧急安全通道，保证了开采过程的安全性。
3、本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，通过超强深孔预裂顶煤和支架反复支撑破碎顶煤，提高了顶煤放出效率，即提高了煤炭回收率。
4、本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，在采煤工作面采用特殊的放煤支架——在ZF3800/17/32型液压支架的基础上取消了前梁、缩短了顶梁长度同时将两台支架底座相连，简化了移架步骤，实现了整体移架。
附图说明
图1是本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法的巷道布置图；
图2是图1中的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放A-A工作面的布置平面图；
图3是图2中的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放B-B工作面的布置断面图。
图中附图标记的含义：1-阶段回风大巷；2-顶板；3-上区段采空区；4-底板；5-阶段回风石门；6-回风斜巷；7-放顶煤层；8-工作面回采巷道；9-进风斜巷；10-阶段运输大巷；11-阶段运输石门；12-第一台牵引支架；13-第一台放煤支架；14-工作面沿空回风平巷；15-柔性掩护支架；16-金属网；17-带式输送机；18-转载机；19-刮板输送机；20-第二台牵引支架；21-第二台放煤支架；22-本区段采空区；23-铰接顶梁；24-液压支柱；25-运煤路线；26-新鲜风流；27-污风流；28-破碎煤体。
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。
本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，适用于煤层倾角大于55°、煤层厚度4m-10m的急倾斜厚煤层，参照图1、图2和图3，该综放开采方法具体包括以下步骤：
一、布置工作面巷道
1、煤层分段
在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段，分段高度为10m左右，可根据不同煤层条件进行具体调整。
在本具体实施例中，相邻区段高度为H1＝H2＝……＝Hn＝10m。
2、布置工作面回采巷道
根据煤层厚度沿煤层底板4或全断面布置工作面回采巷道8，其中，煤层厚度为4m-6m时，工作面回采巷道8掘进一次成巷，沿煤层全断面布置，煤层厚度为6m-10m时，工作面回采巷道8靠近煤层底板4布置，回采巷道8宽度4m-6m、高度2.5m，即为回采工作面。
在本具体实施例中，煤层倾角为60°、煤层厚度为5m，工作面回采巷道8沿煤层全断面布置，回采巷道8宽度5m、高度2.5m。
3、形成运煤系统和通风系统
回采巷道8在煤层一边缘依次通过进风斜巷9、阶段运输石门11与阶段运输大巷10联接，形成运煤系统，该运煤系统也是进风系统，回采巷道8的落煤依次经过进风斜巷9、阶段运输石门11、阶段运输大巷10运出，新鲜风依次经过阶段运输大巷10、阶段运输石门11、进风斜巷9至回采巷道8。
回采巷道8在煤层另一边缘依次通过回风斜巷6、阶段回风石门5与阶段回风大巷1联接，形成回风系统，新鲜风经过回采巷道8后形成污风，污风依次经过回风斜巷6、阶段回风石门5、阶段回风大巷1排出。
4、形成回风巷道和“Z”型通风
回采工作面从回风斜巷6侧向进风斜巷9侧推进的过程中，在回采巷道8沿煤层顶板2侧采用柔性掩护支架15和金属网16在采空区中形成沿空回风巷道14，在工作面形成“Z”型通风。
在本具体实施例中，沿空回风平巷14在工作面前方20m范围内用液压支柱24和铰接顶梁23完成超前临时支护，保证在采煤的同时工作面前方不会出现顶煤崩塌。在靠近煤层顶板2侧的回采巷道8帮部用柔性掩护支架15和金属网16维护形成回风平巷14，巷道高2.0m、底宽0.6m，随着支架向前推移，随后维护下一段沿空回风平巷14，以此接续。
二、回采
无论煤层厚度是4m-6m，还是6m-10m，回采操作都是相同的。
1、落煤
以煤巷综掘机代替采煤机进行落煤，煤巷综掘机配有转载机18和可伸缩的带式输送机17，能够实现长距离单巷掘进。落下的煤通过转载机18和带式输送机17依次经阶段运输石门11和阶段运输大巷10运出。
2、布置工作面放顶煤液压支架
工作面回采巷道8掘进完成后，在工作面共布置四台支架——两台牵引支架、两台放煤支架，其中，第一台牵引支架12和第二台牵引支架20沿工作面推进方向布置形成前架，前架主要用于支撑前方顶煤和牵引后方的放煤支架，第一台放煤支架13和第二台放煤支架21垂直于第一台牵引支架12和第二台牵引支架20横向布置形成后架，并且第一台放煤支架13和第二台放煤支架21放煤口均位于煤层底板4侧，后架主要用于破碎顶煤、放顶和挡矸。
第一台牵引支架12和第二台牵引支架20使得工作面有足够的通风空间，工作面新鲜风流26能顺利通往第一台牵引支架12和第二台牵引支架20后方的第一台放煤支架13和第二台放煤支架21所处的工作空间，同时具有足够的拉架力，保证后方的第一台放煤支架13和第二台放煤支架21顺利前移。
在本具体实施例中，两台牵引支架选用的均是ZZ4800/17/35H型支撑式液压支架，两台放煤支架选用的均是ZF3800/17/32型液压支架并且取消了前梁、缩短了顶梁长度同时将两台支架底座相连(简化了移架步骤，实现了整体移架)，四台支架共同组成一组工作面放顶煤液压支架。
3、布置刮板输送机
在放煤口下方布置一台刮板输送机19，刮板输送机19机头通过转载机18与带式输送机17机尾搭接。
4、预裂
放煤前，在工作面回采巷道8打深孔对顶煤7进行预裂，钻孔超前工作面施工。
在本具体实施例中，巷道高度2.5m，支架上方煤层7.5m，深孔布置既有偏向采空区的倾斜角，还有沿煤层倾斜的水平偏角，如此能够很好的爆破支架上方7.5m厚煤层。
5、放煤
预裂后，检查墩柱和操作控制阀，然后先拉移第一台牵引支架12，再拉移第二台牵引支架20，之后以两台牵引支架为支撑，同时向前拉移第一台放煤支架13和第二台放煤支架21，完成一个步距的拉移。接下来先打开第一台放煤支架13的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，再打开第二台放煤支架21的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，如此交替反复，当矸石占到放煤量的一半时，停止放煤。
在本具体实施例中，移架步距为3.0m。
6、运出顶煤
放出的顶煤由刮板输送机19通过转载机18转入带式输送机17再依次经阶段运输石门11和阶段运输大巷10运出。
由此可见，本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法具有以下特点和优势：
(1)只需掘进一条回采巷道，打破了传统的水平分段放顶煤开采两条回采巷道的施工方式，巷道掘进率提高，同时取消了采煤机落煤工序，以煤巷综掘机代替采煤机进行落煤，提升了开采机械化程度，减轻了工人的劳动强度，整体设计合理、施工简便；
(2)在工作面采用柔性掩护支架沿空巷道形成“Z”型通风，解决了传统巷道放顶煤开采独头巷道通风困难的问题，也提供了一条紧急安全通道，保证了开采过程的安全性；
(3)采用超强深孔预裂顶煤和支架反复支撑破碎顶煤，提高了顶煤放出效率，即提高了煤炭回收率；
(4)在采煤工作面采用特殊的放煤支架——在ZF3800/17/32型液压支架的基础上取消了前梁、缩短了顶梁长度同时将两台支架底座相连，简化了移架步骤，实现了整体移架。
综上，本发明提供的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法设计合理、施工简便并且煤炭回收率高、开采过程安全可靠，有效解决了煤层倾角大于55°、煤层厚度4m-10m这类煤层在开采过程中存在的开采难度大、煤炭回收率低、开采过程安全可靠性差等实际问题。
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 (9)

1.一种急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、布置工作面巷道
1、在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段；
2、根据煤层厚度沿煤层底板或全断面布置工作面回采巷道；
3、回采巷道在煤层一边缘依次通过进风斜巷、阶段运输石门与阶段运输大巷联接，形成运煤系统和进风系统；回采巷道在煤层另一边缘依次通过回风斜巷、阶段回风石门与阶段回风大巷联接，形成回风系统；
4、回采工作面从回风斜巷侧向进风斜巷侧推进的过程中，在回采巷道沿煤层顶板侧采用柔性掩护支架和金属网在采空区中形成沿空回风巷道、在工作面形成“Z”型通风；
二、回采
1、采用配有转载机和可伸缩的带式输送机的煤巷综掘机进行落煤，落下的煤通过转载机和带式输送机依次经阶段运输石门和阶段运输大巷运出；
2、沿工作面推进方向布置两台牵引支架，垂直于两台牵引支架横向布置两台放煤支架，两台放煤支架放煤口均位于煤层底板侧；
3、在放煤口下方布置一台刮板输送机，刮板输送机机头通过转载机与带式输送机机尾搭接；
4、放煤前，在工作面回采巷道打深孔对顶煤进行预裂，钻孔超前工作面施工；
5、预裂后，检查墩柱和操作控制阀，然后先拉移第一台牵引支架，再拉移第二台牵引支架，之后以两台牵引支架为支撑同时向前拉移两台放煤支架，完成一个步距的拉移，接下来先打开第一台放煤支架的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，再打开第二台放煤支架的放煤机构进行放煤，放三分之一煤后关闭放煤机构，如此交替反复，当矸石占到放煤量的一半时，停止放煤；
6、放出的顶煤由刮板输送机通过转载机转入带式输送机再依次经阶段运输石门和阶段运输大巷运出。
2.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，分段高度为10m。
3.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，回采巷道宽度为4-6m、高度为2.5m。
4.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，煤层厚度为4-6m时，工作面回采巷道掘进一次成巷，沿煤层全断面布置；煤层厚度为6-10m时，工作面回采巷道靠近煤层底板布置。
5.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤一中，沿空回风平巷在工作面前方20m范围内用液压支柱和铰接顶梁完成超前临时支护，在靠近煤层顶板侧的回采巷道帮部用柔性掩护支架和金属网维护形成回风平巷，巷道高2.0m、底宽0.6m，随着支架向前推移，随后维护下一段沿空回风平巷，以此接续。
6.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，两台牵引支架选用的均是ZZ4800/17/35H型支撑式液压支架。
7.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，两台放煤支架选用的均是ZF3800/17/32型液压支架并且取消了前梁、缩短了顶梁长度同时将两台支架底座相连。
8.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，深孔布置既有偏向采空区的倾斜角，还有沿煤层倾斜的水平偏角。
9.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层水平分段小短壁综放开采方法，其特征在于，在步骤二中，移架步距为3.0m。
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