CN111561317B - 急倾煤层的剔削采煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层厚度0.6‑12米、倾角大于45度的急倾煤层的剔削采煤方法，包括：布置采煤工作面巷道，形成运输、回风顺槽；在顺槽的尽头划定回采块段，由里向外沿煤层倾向挖掘多条斜巷；以两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面，安装液压支架支护、采煤设备及设施；通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤；通过液压支架对顶、底板侧遗留的三角煤进行挤压破碎落煤，液压支架在自重和采空区冒落体的作用下下移完成移架。本发明方法，工作面水平布置，实现了此类煤层采煤、支护、运输的机械化，改写人工和半机械化开采的现状，安全生产和环境条件得到了本质的保障，采煤效率及回采率高，降低工人劳动强度与成本。

Description

急倾煤层的剔削采煤方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其是一种急倾煤层的剔削采煤方法。

背景技术

对于煤层厚度在0.6-12米之间、倾角大于45度的小型煤矿来说，其工作面短小、工作空间狭窄，现有技术中常采用如下方法进行采煤：

1、台阶法：台阶法分为正台阶和倒台阶两种，工作面运输顺槽和回风顺槽布置在阶段下水平和上水平，工作面呈台阶状沿倾斜方向布置，走向推进。工作面采用木支柱点柱支护。在预留煤层平台或者在点柱上搭设若干平台，作为工人操作空间。通过打眼放炮、人工手稿挖掘落煤。工作面运输，煤层通过搭设溜煤板，爆破崩落自溜，辅助人工霍煤。

台阶法主要存在以下问题：工人操作空间狭小且有失稳坠落危险；人工支护、霍煤、打眼放炮、手稿挖掘、搭设溜煤板，劳动强度大，效率低下；工作面产量低，年产量仅为数万吨。

2、伪倾斜柔性掩护支架采煤法：工作面运输顺槽和回风顺槽分别布置在阶段下水平和上水平，在运输顺槽上部5米左右掘进一超前运输巷，由成组的小立眼与运输顺槽贯通，通过立眼溜煤和材料运输，工作面沿伪倾斜方向布置，坡度控制在30度，走向推进。工作面采用柔性掩护支架(用废旧钢丝绳将型钢钢梁连结，架后铺设荆耙等柔性材料堵漏)支护，上部刻槽安装、下部回收，支架梁坐落在顶底板两侧的煤垛上。通过打眼放炮在煤层中间刻槽落煤、人工手稿挖掘顶底板侧煤垛落煤，同时使支架降落实现移架。工作面运输，通过沿工作面搭设塘磁溜槽，煤炭采用自溜方式运出工作面。

伪倾斜柔性掩护支架采煤法主要存在以下问题：支架安装回撤工作量太大并繁琐，工人操作空间狭小，浮煤堆积较多，煤尘飞扬；人工霍煤、打眼放炮、手稿挖掘、搭设塘磁溜槽等人工作业，劳动强度大，效率低下；工作面产量低，年产量历史记录为二十余万吨，平均9万吨；对煤层厚度变化适应性差。

3、俯伪斜分段密集采煤法：工作面运输顺槽和回风顺槽布置在阶段下水平和上水平，在运输顺槽上部若干组坡度30-45度“人”字形溜煤斜巷，“人”字下端连接溜煤立眼，工作面沿伪倾斜方向布置，坡度控制在30度以上，走向推进。工作面采用密集点柱支护。通过打眼放炮落煤。煤炭通过沿工作面搭设塘磁溜槽自溜方式运出工作面。

俯伪斜分段密集采煤法主要存在以下问题：浮煤堆积较多，煤尘飞扬；人工支护、打眼放炮、搭设塘磁溜槽，劳动强度大，效率低下；工作面产量低。

4、水平分层采煤法：水平分层是按照采高(2-2.5m)将阶段内的某块段化分为若干个水平断壁炮采工作面，沿煤层倾向布置密集的溜煤立眼，用于煤炭下溜至下部的运输顺槽。该方法适用于厚度大于3米，小于8m的煤层。沿煤层顶(底)板侧超前掘进分层巷道与回风顺槽沟通，该巷道前段作为分层进风巷，后段作为分层回风巷，巷道宽度2米左右，对超出巷道宽度的煤层布置炮采短壁。各分层工作面之间用人工假顶隔开，各分层工作面间隔一定距离依次向前推进，完成对该块段的开采。巷道采用局部沿空留巷和超前掘进架棚支护，工作面采用单体支柱配合顶梁铺设假顶支护方式。落煤方式分为大量的掘进工程出煤和短壁工作面炮采落煤。运输采用轻便刮板运输机实现工作面和分层巷的运输，将煤运输到就近的溜煤立眼，再通过自溜完成煤炭运输。

水平分层采煤法主要存在以下问题：巷道掘进工程量体量巨大，浮煤堆积较多；通风系统复杂，存在采空区漏风、风流紊乱风险；人工支护、打眼放炮、移溜，劳动强度大，效率低下；工作面产量低。

5、水平分段放顶煤采煤法：俗称巷采，有早期的单一巷道配局部通风机通风，加上有限的短壁回采面(实质上等同于扩大巷道断面)，由里向外依次撤架放顶煤。

还有近几年的高低巷放顶煤，小阶段高度10-15米之间，阶段内布置高低两条巷道，下部的低巷用于各种运输通道和进风，上部高巷用于回风和另一条安全出口通道，高低巷由密集的短立眼联通。在低巷由里向外依次撤架放顶煤

水平分段放顶煤采煤法主要存在以下问题：煤炭回采率低下，造成大量资源浪费；采空区残留煤炭着火，导致的采空区有害气体积聚，工作面瓦斯超限；同样产量不高。

6、仓储式采煤法：是针对坚硬可放性差的煤层。和高低巷放顶煤巷道布置基本相似，布置阶段上下巷，阶段高度有所增加，再利用两条倾向布置的两条立眼将煤层切割成一个长方形的块段(构成一个仓体)，由下向上逐层打眼放炮落煤，放出一部分煤炭至完整煤层和松散煤体之间形成足够的通风和操作空间，工人再次在松散煤体上向上对完整煤层打眼放炮落煤。如此循环，直到上巷。届时本块段内全部变成松散煤体组成的储煤仓，打开下巷的放煤口将仓储的煤炭放出。

仓储式采煤法主要存在以下问题：工人在无支护的工作空间打眼放炮，环境、安全条件恶劣，劳动强度大；打眼放炮功效低下，产量受到限制；工作面以下松动后的煤体原有进风立眼遭到破坏后需要采用井字形木垛支护，支护木料全靠人工劈扣搭建。

由上述各方法可知，以上方法适用于井型为小型(即常说的“小煤窑”)的矿井，但以上方法采煤普遍存在如下缺点：工人工作环境恶劣；安全风险较高；功效低下；机械化程度极为低下，甚至于几乎没有机械，完全人工挖掘；产能受到限制；煤炭回采率得不到保障。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种急倾煤层的剔削采煤方法，适用于煤层厚度在0.6-12米之间、倾角大于45度的矿井实现机械化、高效开采。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种急倾煤层的剔削采煤方法，包括：

采煤工作面巷道布置，形成在采煤工作面所在水平沿煤层走向水平掘进的运输顺槽、在采煤工作面所在的上水平沿煤层走向水平掘进的回风顺槽；

在形成的运输顺槽与回风顺槽的尽头划定回采块段，在回采块段内由里向外沿煤层倾向挖掘垂直于回风顺槽的多条斜巷；

以多条斜巷中的两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面，在回采工作面上安装液压支架支护，并安置采煤设备及设施；

通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤；

在采煤设备剔削切割落煤通过后，通过液压支架掩护梁插板对煤壁顶板侧和底板侧遗留的三角煤进行挤压破碎落煤，并在对三角煤挤压破碎落煤后，使液压支架在自重和采空区冒落体的作用下下移直至完成移架。

其中，通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤包括：

使采煤设备沿水平向前行走，以通过滚筒旋转切割煤层完成落煤工序；

落煤工序完成后，将形成的落煤运输至采煤设备的后部；

当采煤设备后部堆积的落煤达到预定量时，使采煤设备后退，以通过采煤设备将其后部堆积的落煤推入到多条斜巷中距采煤设备最近的溜煤斜巷中。

其中，通过液压支架掩护梁插板对煤壁顶板侧和底板侧遗留的三角煤进行挤压破碎落煤包括：

在当前煤壁落煤并运输完成后，通过使液压支架掩护梁的插板向下伸出，以将落煤工序后形成的三角煤进行挤压破碎处理。

其中，通过使液压支架掩护梁的插板向下伸出，以将落煤工序后形成的三角煤进行挤压破碎处理包括：

使液压支架掩护梁插板在千斤顶顶推作用下向下朝下一层回采煤壁方向伸出，并在伸出过程中将落煤工序后形成的三角煤挤压破碎落煤。

其中，液压支架下移完成移架包括：

通过单体支柱托住液压支架的顶梁；

使液压支架掩护梁的插板向下朝下一层回采煤壁方向伸出，直至掩护梁插板到达下一层回采煤壁支撑面的稳定支撑点；

利用单体支柱扶正掩护梁逐渐降架，使顶梁随着掩护梁的下降而随之下滑，直至到达下一层回采煤壁支撑面的预设支护位置。

其中，在回采块段内由里向外沿煤层倾向挖掘垂直于回风顺槽的多条斜巷包括：

将回采工作面的距回风顺槽里侧预设块段处作为开切眼，由里向外沿煤层倾向采用反井钻机依次开凿垂直于回风顺槽的行人进风斜巷、洒煤清理斜巷、2条或2条以上溜煤斜巷、洒煤清理斜巷和运料回风斜巷。

其中，通过液压支架支护回采工作面包括：

当回采工作面的煤层较厚时，通过一对掩护梁分别支护煤层的底板和顶板，通过与一对掩护梁分别铰接的顶梁承载采空区冒落体压力。

进一步的，通过液压支架支护回采工作面还包括：

当煤层中厚时，通过掩护梁支护顶板，通过与掩护梁顶部铰接的顶梁支护采空区冒落体，通过与顶梁铰接的滑靴支护底板。

进一步的，通过液压支架支护回采工作面还包括：

当煤层极薄时，通过集顶梁、掩护梁为一体的支护梁支护顶板和采空区冒落体，通过与支护梁铰接的滑靴支护底板。

其中，通过采煤设备对回采工作面进行剔削切割落煤时，包括如下步骤：先两端斜切削坡与下一段联络巷平齐、之后水平开采；或者，回采煤壁保持水平状态且和工作面端头的洒煤清理斜巷垂直相交；或者，在回采工作面外侧部分留斜坡呈上翘状态，在回采工作面里侧部分提前削坡至与下一段的联络巷平齐且削坡呈下伏状态；其中，削坡和留斜坡用于便于人员通行。

其中，对回采工作面回采煤壁的煤炭进行剔削切割落煤时，可以采用相背而行的两个采煤设备进行剔削切割落煤。

与现有技术相比，本发明的急倾煤层的剔削采煤方法具有如下优点：

1)改变了现有煤层厚度在0.6-12米之间、倾角大于45度的煤层短壁开采的历史：将工作面水平布置，可以将工作面长度加长实现了长壁开采，为工作面乃至于矿井提高产量提供了可能，奠定了基础。

2)工作面实现全面的机械化开采：工作面水平布置、长度增加，满足了采煤设备平稳运行、割煤的条件，实现了落煤工艺机械化；液压支架支护实现了工作面支护的机械化；采煤设备能够平稳自如运行，实现运输方式的机械化。

3)提高工作安全性与改善工作环境：将回采工作面水平布置，人员和设备在水平面空间作业运行，相比现有的倾斜、伪倾斜的斜面布置的工作面来说，稳定性、操控维修等作业基础条件达到了本质安全；采煤、支护、运输的机械化替代现有的人工、少量的半机械化作业，装备为安全生产提供了保障；机械化的实现取代了大量工作面操作人员(机械化减人)，降低了人身事故发生的几率。环境方面：可实现了全风压通风，过风所需要的巷道断面得到了保障，浮煤和杂物清理清理变得轻而易举，每个采煤循环都有铲装清理作业，较现有采煤法的人工霍煤、支护、自溜或半机械化运输残留浮煤、杂物，支护材料大量的废弃物堆积来说，工作环境的改善有了保障。

4)采区乃至于矿井的巷道布置方式简化：工作面的运输顺槽和回风顺槽可以一次掘进到井田边界，使工作面的走向长度、倾向长度成倍增加，减少了采区数量和采区巷道；由块段立眼组取代采区上山组，简化巷道布置系统和数量的同时，还省略了采区上山组的井巷工程和装备(现有采煤方法大多既有采区上山组和块段立眼组)。

5)回采率从技术层面上实现了人为控制和提高：现有该类煤层放顶煤采煤法受诸多因素的影响，煤炭回采率极其低下；水平分层采煤法、密集支柱采煤法、柔性掩护支架采煤法等，均需要留设措施煤柱和煤皮，工作面人工装运不彻底丢弃的浮煤，回采率都不尽人意。此类煤层绝大部分属于稀缺优质煤种，采用本发明采煤方法，回采率的提高，对于国家、企业都具有战略性的意义，以及良好的经济效益。

6)劳动强度和生产效率：本发明可在工作面内安置采煤设备，实现机械化开采，较现有的该类煤层人工、半机械化采煤方法，工人数量和劳动强度成倍降低，衡量工作面效率的吨煤功效指标将增加数倍、乃至于数十倍。

下面结合附图及附图说明，对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明急倾煤层的剔削采煤方法的流程图；

图2a是本发明急倾煤层的剔削采煤方法的矿井系统布置图；

图2b是本发明矿井系统剖面图；

图2c是本发明采煤方法各巷道及顺槽延伸方向示意图；

图3是本发明回采块段安装与初次进刀巷道系统图；

图4a是本发明回采块段安装与初次进刀剖断面图；

图4b是图4a中的A部分放大图；

图4c是图4a中的B部分放大图；

图5是本发明第一实施例回采块正常采煤推邦巷道系统图；

图6是本发明第二实施例回采块正常采煤推邦巷道系统图；

图7是本发明第三实施例回采块正常采煤推邦巷道系统图；

图8是本发明煤层较厚时采用采煤设备采煤的工作面断面图；

图9是本发明煤层中厚时采用采煤设备采煤的工作面断面图；

图10是本发明煤层较薄时采用采煤设备采煤的工作面断面图(回采工作面倾斜)；

图11是本发明煤层较厚时采用采煤设备回采工作面断面图(回采工作面水平)；

图12是本发明采用两个采煤设备采煤的原理图；

图13是本发明采用一个采煤设备采煤的原理图；

图14是采煤设备前进割煤的原理图；

图15是采煤设备后退推煤进溜煤斜巷的原理图；

图16是采煤设备斜切进刀采煤的示意图；

图17是采煤设备对向接茬采煤的示意图；

图18是本发明采煤设备的结构示意图；

图19是本发明工作面液压支架移架工序示意图；

图20是本发明工作面各设备布置图；

图21是本发明工作面端头逐层削坡示意图；

图22是本发明电液供应系统图；

图23a-图23c是本发明溜煤斜巷防堵示意图；

图24a-图24c是本发明斜巷防坠示意图；

图25是本发明溜煤斜巷和洒煤清理斜巷高落差冲击和扬尘防治示意图；

图26是本发明采空区侧进风行人斜巷保护煤柱回收示意图；

图27是本发明停采线运输顺槽之间保护煤柱回收示意图；

图28是本发明工作面回撤示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的适用于煤层厚度在0.6-12米之间、倾角大于45度的急倾煤层的剔削采煤方法的流程图，由图可知，本发明采煤方法包括：

布置采煤工作面巷道，形成在采煤工作面所在水平沿煤层走向水平掘进的运输顺槽、在采煤工作面所在的上水平沿煤层走向水平掘进的回风顺槽；

在形成的运输顺槽与回风顺槽的尽头划定回采块段，在回采块段内由里向外沿煤层倾向挖掘垂直于回风顺槽的多条斜巷；

以多条斜巷中的两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面，在回采工作面上安装液压支架支护，并安置采煤设备及设施；

通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤；

在采煤设备通过后，通过液压支架对煤壁顶板侧和底板侧遗留的三角煤进行挤压破碎落煤，并在对三角煤挤压破碎落煤后，液压支架在自重和采空区冒落体的作用下下移直至完成移架。

其中，采煤工作面巷道布置，在采煤工作面所在水平(即运输大巷水平)沿煤层走向水平掘进运输顺槽，在工作面所在的上水平(即回风大巷水平)沿煤层走向水平掘进回风顺槽。在顺槽尽头根据产量和设备等方面的要求，划定走向长度在170m-320m之间、倾向垂直高度在60m-80m的回采块段。在回采块段内由里向外沿煤层倾向挖掘垂直于回风顺槽的多条斜巷(各斜巷延伸方向见图2c)，即，以回采块段里侧(里侧是指与上采空区临近的一侧，即图2a中的右侧采空区，外侧是回采工作面的与里侧相背的一侧)作为开切眼，在回采块段内沿煤层倾向且垂直于回风顺槽的方向，采用反井钻机由里向外布置行人进风斜巷、散煤清理斜巷、根据工作面长度和运输需要确定的多条(2条或2条以上)溜煤斜巷、散煤清理斜巷、材料回风斜巷等斜巷组。

其中，以回风顺槽的位于多条斜巷中的两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面，在回采工作面上安装液压支架进行支护，安装布置采煤设备、移架工具车等必需采煤工作面设备。支护回采工作面包括如下步骤：

当回采工作面的煤层较厚时(较厚为煤层厚度大于3m)，通过一对掩护梁分别支护煤层的底板和顶板，通过与一对掩护梁分别铰接的顶梁支护采空区冒落体，即，通过顶梁承载采空区冒落体压力；

当煤层中厚时(中厚为煤层厚度大于等于1.5m且小于等于3m)，通过掩护梁支护顶板，通过与掩护梁顶部铰接的顶梁支护采空区冒落体，通过与顶梁铰接的滑靴支护底板；

当煤层极薄时(极薄为煤层厚度大于等于0.6m且小于等于1.5m)，通过集顶梁、掩护梁为一体的支护梁支护顶板和采空区冒落体，通过与支护梁铰接的滑靴支护底板。

其中，通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤时，通过对回采工作面煤壁逐层剔削割煤，使煤壁沿倾向向下推进，而液压支架随着逐层向下跟进，也就是说，整个工作面沿倾向向下推进。

通过采煤设备对回采工作面当前回采煤壁的煤炭进行剔削割煤时，可以先两端斜切削坡与下一段的联络巷平齐、之后水平开采；或者，使回采煤壁始终保持水平状态并和工作面端头的洒煤清理斜巷保持直角相交关系；或者，在回采工作面外侧部分留斜坡呈上翘状态，在工作面里侧部分提前削坡至下一段的联络巷平齐且斜坡呈下伏状态。其中，削坡和留坡的主要目的是为了便于人员通行。

在开采时，可以采用相背而行的两个采煤设备进行斜向下的剔削切割采煤，也可以采用一个采煤设备进行斜向下的剔削切割采煤，还可以采用多个采煤设备从工作面中部分别向两端边行进边剔削切割采煤。

其中，通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤具体包括如下落煤与运输工艺：

落煤：采煤设备沿煤壁水平向前行走时，通过割煤滚筒旋转切割煤层完成落煤工序；

运输：通过采煤设备的设置在滚筒附近的前部铲板配合采煤设备上的运输机(如刮板运输机)将采下的浮煤甩至采煤设备后方。当采煤设备后部堆积的落煤达到预定量时，采煤设备后退，用其尾部的铲斗将煤炭铲装运输方式运达就近的溜煤立眼，即运达至多条斜巷中距采煤设备最近的溜煤斜巷。

其中，在利用采煤设备对当前回采煤壁割煤完成后，需向位于其下面的下一回采煤壁移动液压支架，即，还包括液压支架的下移移架支护步骤，如下：

通过单体支柱托住液压支架的顶梁；

使液压支架掩护梁的插板向下朝下一层回采煤壁方向伸出，直至掩护梁插板到达下一层回采煤壁支撑面；

利用单体支柱扶正掩护梁逐渐降架，使顶梁随着掩护梁的下降而随之下滑，直至到达下一层回采煤壁支撑面的预设支护位置。

其中，在当前煤壁落煤并运输完成后，可以通过液压支架对煤壁顶板和底板遗留的三角煤进行挤压破碎落煤，即，在液压支架的掩护梁插板向下朝下一层回采煤壁方向伸出时，将落煤工序后形成的三角煤挤压破碎落煤，直至掩护梁插板到达下一层回采煤壁支撑面。其中，液压支架掩护梁插板在千斤顶顶推作用下伸出挤碎残留的三角煤，并到达稳定可靠的支撑点，然后，千斤顶收缩，带动插板回缩，则整个液压支架在移架工具车的辅助操作下整体下移，完成移架工作。下面，以本发明采煤方法应用于具有如下条件的某煤矿为例，对本发明的采煤方法进行详细说明。其中，该煤矿共计三组煤层，可采煤层9层，煤层倾角81°--90°，煤层厚度：第一组煤层为较厚煤层，煤层厚度大于3m，大部分为4m，最大厚度为8m；第二组煤层为中厚煤层，厚度比较稳定，大于等于1.5m且小于等于3m；第三组煤层为极薄煤层，厚度比较稳定，大于等于0.6m小于1.5m。顶板和底板为粉砂岩，属于中等稳定的顶板、底板。

S01、对煤矿进行采煤工作面巷道的布置

布置采煤工作面巷道时，采区巷道保留上下水平的回风石门、运输石门，回采工作面的回风顺槽与上水平的回风大巷在同一水平布置，通过回风石门相互连通。回采工作面的运输顺槽与水平的运输大巷在同一水平布置，通过运输石门相互连通。对于煤层组来说，采区回风、运输石门穿通各个煤层，届时对完成了对各煤层的开拓。

为简化采煤工作面巷道，利用块段的行人进风斜巷、运料回风斜巷、洒煤清理斜巷、溜煤立眼(即溜煤斜巷)承担现有技术中的采区上山组的功能。即，将距回风顺槽的尾端预设距离处(如170m-270m)作为开切眼，顺煤层倾向且垂直于回风顺槽，由里向外(即沿回风顺槽延伸的尾端至头端方向)依次布置行人进风斜巷、洒煤清理斜巷、溜煤立眼、溜煤立眼、洒煤清理斜巷、运料回风斜巷。采煤工作面巷道如图2a、图2b所示。

具体的，布置采煤工作面巷道时，首先采用现有技术的巷道挖掘方法，布置开拓巷道。开拓巷道如下：主井井筒、副井井筒、风井井筒，井底车场和硐室，水平运输大巷，水平回风大巷。这些巷道的功能与设备配备均采用现有技术的通用标配，这里不再详述。

在布置开拓巷道后，布置采区巷道。采区巷道包括采区回风石门、采区运输石门。水平运输大巷掘进到采区中央时向煤层掘进采区运输石门，运输石门依照矿井运输方式，首选机轨合一，即胶带运输机和矿车轨道。水平回风大巷掘进到采区中央时向煤层掘进采区回风石门，回风石门铺设矿车轨道，担任辅助运输功能。

在布置采区巷道后，布置回采工作面巷道。回采工作面巷道包括分别沿煤层走向延伸的回风顺槽和运输顺槽、沿煤层倾向延伸且垂直于回风顺槽的多条斜巷，多条斜巷中位于两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面。

其中，回风顺槽和运输顺槽采用掘进机掘进，运输顺槽接采区运输石门,沿煤层用综掘机掘进至采区边界，煤层走向相对顺直稳定时铺设胶带运输机,煤层走向褶皱发育、导致运输顺槽无法铺设胶带运输机时，采用矿车轨道等间断运输设备。回风顺槽接采区回风石门,沿煤层用综掘机掘进至采区边界，矿车轨道，兼做辅助运输、安放设备等。

多条斜巷采用反井钻机施工，均沿煤层倾向延伸，即倾角与煤层倾角相同。各斜巷之间采用联络巷连接，亦为歇脚平台，采用炮掘方式施工。具体的，行人进风斜巷位于当前回采块段里侧(块段为当前回采块段，里侧即指回风顺槽的靠近上一采空区的一侧)，用小型反井钻机施工，铺设安全爬梯及安全绳索，承担进风和行人功能。两条洒煤清理斜巷位于回采工作面当前回采煤壁两端，在紧挨回采煤壁的联络巷上口安装型钢篦子(如图24a-图24c所示)，防止人员坠落，并在该段铺设安全爬梯供人员进出，下口安装夹带给料机将洒煤送到运输顺槽的胶带输送机上。两条及以上溜煤立眼(即所述溜煤斜巷)位于工作面中段，将工作面等分为若干个条带，下口安装夹带给料机将煤送到运输顺槽的胶带输送机上。运料回风斜巷位于块段外侧，安装滑轨和旱船，承担材料运输和回风功能，在顶部配备电动葫芦。在运输顺槽的顶板岩石中开凿设备列车硐室(如图3-图7所示)。

由于该煤层在井田内断层较少，走向变化比较平缓、顺直，因此，运输顺槽和回风顺槽可以由中央石门一次掘进到井田边界，使回采工作面的走向长度、倾向长度成倍增加，减少了采区数量和采区巷道；由块段立眼组(即各斜巷)取代采区上山组，简化巷道布置系统和数量的同时，还省略了采区上山组的设备和装备(现有采煤方法既有采区上山组又有块段立眼组)，减少或者省略了施工困难的井巷工程和设备安装工程，所以工作面布置方式更加方便快捷。

另外，如果矿井煤层为单斜构造、自燃发火倾向性低、对运输顺槽和回风顺槽等煤巷采取全封闭支护，可以进一步优化井田开拓部署，将矿井按照一水平一个采区，两翼各布置一个工作面。从中央运输石门、回风石门直接分两翼将运输顺槽送至井田边界，省去运输大巷和采区上山组。

S02、布置回采工作面设备

在回风顺槽的位于两条洒煤清理斜巷之间的部分(即回采工作面)上，采用液压支架支护回采工作面的顶板、底板以及采空区冒落体。

由于块段中间为切割煤壁，所以液压支架不能设置底座，而是依靠掩护梁作为支撑，即，液压支架为无底座的支架。

根据煤层厚度情况，液压支架可以采用不同结构(如图8-图11所示)对回采工作面进行支护：

煤层较厚(煤层厚度大于3m时)，采用的液压支架包括一对掩护梁和其两端与一对掩护梁分别铰接的顶梁(如图8所示)。支护时，通过一对掩护梁分别支护煤层的两侧(即底板和顶板)，通过顶梁支护采空区冒落体；

煤层中厚(即厚度在1.5m-3m之间)时，采用的液压支架包括掩护梁、与掩护梁顶部铰接的顶梁、与顶梁铰接的滑靴。支护时，通过掩护梁支护顶板，通过与掩护梁顶部铰接的顶梁支护采空区冒落体，通过与顶梁铰接的滑靴支护底板(如图9所示)。

煤层极薄(煤层厚度为0.6m-1.5m之间)时，采用的液压支架包括支护梁和与支护梁铰接的滑靴，其中，支护梁集顶梁、掩护梁为一体，即可由将竖直的掩护梁顶部弯折而形成，滑靴与弯折部的伸出端铰接。支护时，通过支护梁支护顶板和采空区冒落体，通过滑靴支护底板(如图10、图11所示)。

由于液压支架中的掩护梁(或支护梁)靠三角煤(即采煤设备无法开采的煤)支撑，所以要留足够的三角煤以保证液压支架的稳定。而掩护梁(或支护梁)底部需与三角煤接触以挤碎三角煤，因此，在掩护梁(或支护梁)底部还设置大推力的插板，作为支架支腿，插板可通过液压或气压或电机的驱动而相对掩护梁(或支护梁)沿长度延伸方向伸缩移动，以便插板相对掩护梁(或支护梁)伸出时可以挤压破碎剔削机无法切割的三角煤，插板收缩时可以控制及调整整个液压支架的姿态。

由于在液压支架降架时需要挤碎三角煤,需要有外部的单体支柱支撑，控制支架下降速度并使支架顶梁向底板侧保持一定的上翘角度；并向顶板侧施加水平推力，用以控制支架顶梁与顶板的距离。如煤层厚度较大、工作空间允许的情况下，可以在每台支架的顶梁上配备单体液压支柱，用以扶正支架。

在回采工作面安置采煤设备，采煤设备可采用如图18所示结构的设备，其前端带有用于旋转割煤的滚筒，并带有由前至后延伸的运输机，以便将滚筒割下的煤炭朝采煤设备后部移送，且其后端带有铲斗。此外，采煤设备也可以采用现有技术的连续采煤机等。布置采煤设备时，可在回采工作面溜煤立眼两侧分别安置一台采煤设备(如图12所示)，两台采煤设备相背设置，且由溜煤立眼朝工作面两端分别边前进边回采，也可在回采工作面溜煤立眼一侧安置一台采煤设备，由溜煤立眼朝两端分别进行采煤，当然，还可采用多台采煤设备。

每个采煤设备配备一台移架工具车(如图20所示)，通过移架工具车来运送材料工具等辅助运输功能。移架工具车配备单体液压支柱、设备维修工具、灭火钻机接口、夹石和三角煤松动设备等。

在工作面运输顺槽设置设备列车，搭载移动变电站、乳化泵站、喷雾泵站，电液管线经由外侧的洒煤清理斜巷铺设到工作面，工作面铺设管线滑架向采煤设备和移架工具车提供电液动力(如图22所示)。在液压支架上安装工作面通讯和监测监控设备。

S03、采煤

在工作面回风顺槽回采块段架设液压支架，液压支架壁后采取充填措施，包括对顶部煤层或者顶板、底板采取松动爆破强制放顶措施，采煤设备、移架工具车等设备进入回采工作面且管线铺设完毕后，对回采工作面煤壁进行回采(即落煤)。其中，通过运输顺槽或者回风顺槽将材料通过轨道运输方式运到回风及材料运输斜巷上下口，由材料运输斜巷的旱船送到就近的联络平巷，再转至工作面。工作面内采用移架工具车运输，工作面端头配备单轨吊。

回采时，落煤方式分为两种，以采煤设备滚筒斜向下剔削式切割落煤为主，以液压支架挤压破碎三角煤为辅，推土机式铲斗在推运落煤的同时切割平整底板煤壁。

采用采煤设备滚筒斜向下剔削式切割落煤时，将两台或两台以上采煤设备设置在工作面中部溜煤立眼两侧(如图12所示)，采煤设备由溜煤立眼朝工作面的对应一端边前进边以剔削的方式割煤(通过滚筒旋转割煤)，并通过扒斗和运输机将割下的煤甩至采煤设备的后部散装堆积起来，当回采落煤量足够(如一铲斗)时停止采煤，采煤设备后退，通过铲斗将落煤铲推至就近的溜煤立眼，铲运过程中通过调整铲斗平整底板煤壁(如图13、图15所示)。实际操作中，如有必要可以增加溜煤立眼的数量，以缩短采煤设备后退距离和时间。

当多台采煤设备从工作面中部向两端以剔削方式行进割煤时，其中一台利用其卧底量向下部煤帮斜切进刀(如图16所示)，达到割煤截深后水平向前剔削割煤，直到该平面煤壁端头，另一台采煤设备退到上一台采煤设备斜切进刀接茬后，接茬向相反方向割煤(如图17所示)。割完该平面煤后采煤设备后退开始下一个循环割煤，先到中部的采煤设备斜切进刀，后到的接茬，如此往复循环。多台设备时可实现多点斜切进刀，后者退至接茬处接茬向相反方向割煤。

初期进刀时，为方便人员通行和材料运输，初期可在工作面两端斜切回采，按照1:2的坡度将工作壁两端切成斜坡，直至与下一联络巷接通。切削斜坡时，可如图21所示，工作面端头0.3m层厚逐层削坡，使回采工作面端头与洒煤清理斜巷相连通。然后，逐步开始水平向下回采，采到和本联络巷平齐后，重复上述过程，既：两端斜切削坡，而后水平开采(如图5、图7所示)。当然，初期进刀时，也可以不采用两端切削斜坡的方式，直接水平开采(如图6所示)。

当回采工作面煤炭采用采煤设备尾部铲斗推运至就近的溜煤立眼后，煤炭顺着溜煤立眼向下滑落到下方承接煤炭的运输顺槽胶带运输机上(煤层褶皱较多无法铺设胶带运输机时采用列车等间断运输方式)，以将煤炭运送到采区煤仓。

在采煤设备对当前煤壁割煤完毕后，开始移架(即移动液压支架)工作。移架时，首先是单体支柱拖住支架顶梁，掩护梁插板伸出破三角煤直至掩护梁插板到达下一层回采煤壁支撑面，再将单体液压支柱扶正掩护梁逐渐降架，顶梁随着掩护梁的下降而随之下滑完成一次完整的移架过程。如果煤层厚度较大，工作空间允许的情况下，可以在顶梁上部挂设移架用单体液压支柱。

由于煤层倾角关系、液压支架支腿的干扰，采煤设备无法割透位于支架架腿下方的三角煤，会在顶板侧留下部分正立三角煤，在底板侧留下部分倒立三角煤。由于三角煤内侧已经被采煤设备割过，从而侧帮失去支撑几乎呈半松散状态，支架掩护梁(支腿)插板通过动力如千斤顶将插板推出，通过反复挤压，结合轻型手持破碎工具使三角煤完全破碎。支架插板到达预定支撑标高后，插板千斤顶收缩，支架顶梁在重力和上覆碎石重力的作用下向下移动，完成移架工作，移架工序可如图19所示。

需说明的是，液压支架回撤前，所有掩护梁的千斤顶伸出处于最大行程位置，侧推千斤顶尽大最能撑开保持液压支架处于最宽状态；而准备回撤液压支架时，用若干台回柱绞车钢丝绳连接牢固后，降架、各千斤顶收缩到最小行程，拖拽撤出液压支架(如图28所示)。

其中，开采块段后侧斜巷保护煤柱的回收，利用工作面现用的联络巷，对其上方的安全保护煤柱经过松动处理后(仓储式)，以巷道放顶煤方式予以回收。具体的，当回采工作面与联络巷标高一致，在即将向下回采之前，需要对后侧的联络巷上方的保护煤柱回收。回收时，加强联络巷支护，铺设轻型刮板运输机，逐步回撤联络巷支架，放顶煤回收煤柱(如图26所示)

工作面回撤完成后，运输顺槽胶带运输机缩至下一块段。本块段内铺设刮板运输机，架设超前支架，通过放顶煤方式回收停采线和运输顺槽之间的煤柱(如图27所示)。

此外，一方面由于该煤层倾角较大，顶底板受重力应力的作用较小。另一方面该类煤层在地质构造演化过程中，经历了剧烈的外力作用，顶底板岩性和煤层比较坚硬，因此本发明需要采取强制放顶措施：

初次放顶：当工作面安装完成后，向顶部煤层打钻，实施深孔松动爆破，使冒落煤和矸石充分接触，然后开始回采作业。

初次强制放顶：当回采工作面推进一定距离后，仍然不见顶板有垮落迹象时，停止工作面回采作业，向顶底板侧上方实施深孔松动爆破的强制切顶措施。

正常放顶：视顶底板岩性，工作面煤推进一定距离后，向顶底板侧上方实施深孔松动爆破。

此外，由于水平(阶段)垂直高度70m，溜煤立眼和洒煤清理斜巷长度初期均在70m左右。巷道采用反井钻机施工，直径较小，且有可能是没有支护和衬砌的裸体巷道。这样势必造成堵塞卡仓问题，如果遇水、遇含有粘结性的夹矸，则堵塞卡仓问题更加难于处理，本发明采取以下措施来防止和处理堵塞卡仓问题(如图23a-图23c所示)：

1、加装耐磨钢制快装组合衬砌，使仓壁光滑无阻力。

2、在仓中下部预埋空气炮破拱装置，通过管道将高压风流送至仓内煤体中产生冲击作用，使固有的平衡拱失稳，变成松散体在重力作用下下落。

3、利用轻便的探放水钻机，钻进至仓内一定深度时，启用空气炮破拱。

此外，对溜煤立眼和洒煤清理斜巷高落差冲击和扬尘采取如下防治措施(如图25所示)：

1、溜煤立眼和洒煤清理斜巷始终保持一定数量的存煤，以缓解煤流冲击，和减少煤尘飞扬，保持上口装煤和下口放煤通信畅通，做到有效控制。

2、加装衬砌的情况下，有条件时安装存煤深度指示器，实现程控化系统。

3、剔削机配备喷雾装置，必要时在溜煤立眼下风侧安装喷雾降尘装置。(为防止堵塞，尽量不设)

此外，对各个立眼和斜巷采取如下防坠措施(如图24a-图24c所示)：

1、溜煤立眼和洒煤清理斜巷上口设置型钢篦子，防止人员或者大块煤坠落。剔削机经过篦子时，利用起吊设备将篦子吊起，或者甩至巷帮，随后立即关闭。

2、行人进风斜巷：(1)上口顶板钢支架全断面支护，并封闭侧帮，及时清理浮煤杂物，防止坠落伤人。(2)人员通行时发出信号，禁止闲杂人等靠近作业。(3)上下班高峰期人员分组陆续通过，每组人员保持紧凑队列，队列长度不得超过10m，严禁两组人员同时通过。

3、材料回风斜巷：(1)上口顶板钢支架全断面支护，并封闭侧帮，及时清理浮煤杂物，防止坠落。(2)上口支架顶梁配备电动葫芦，用来拖拽旱船运送材料。(3)配备扩音通信装置，做到运料不行人，行人不运料。

此外，对于人员设备进出工作面采取如下安全保障措施:

1、人员通行路线：副井井筒--回风大巷及石门—回风顺槽—材料回风斜巷—工作面—行人进风斜巷—运输顺槽—运输石门及大巷—副井井筒。

2、人员通过材料回风斜巷和行人进风斜巷时，必须下放安全绳，人员佩戴安全带和缓降滑扣(消防特战队员的绳索速降、蜘蛛人绳扣)，下行进入和撤出工作面。

3、上下班高峰期人员分组陆续通过，每组人员保持紧凑队列，队列长度不得超过10m，严禁两组人员同时通过。

由此可见，本发明采煤方法，回风顺槽沿煤层走向延伸，使得回采工作面水平布置，从而使支护回采工作面的液压支架可克服急倾斜煤层支架倒伏、侧翻、下滑等不稳定现象。回采工作面内采煤设备剔削割煤直接到达顶板、底板处不留余煤，机械化铲装运输清理浮煤，避免人工霍煤不彻底丢弃浮煤；后部煤柱放顶煤回收，减少煤柱压煤，没有放顶煤矸石蹿入的大量丢煤，相对现有技术的放顶煤等其他采煤方法，回采率得到提高。工作面煤炭几乎完全回收，采空区没有燃烧物，规避了采空区火灾隐患。采煤由采煤设备完成，相对于现有类似矿井依靠人工采煤方法，本方法的工人只是操作各设备，降低劳动强度，减少工作面操作人员，使得工作空间富裕，改善了工作环境，且机械采煤能力效率远高于人工，提高劳动效率和经济效益。采煤的工作面加长，且可在工作面配备两台或者两台以上采煤设备同时割煤，所以可以增加生产能力，改变薄煤层生产能力低下的现状。本方法中的矿井开拓系统得到简化，系统更加流畅。采区巷道只保留石门，工程量减少，工作面布置方式更加便捷。采用采煤设备实现机械化采煤，从安全可靠性、技术合理性、经济可行性、符合国家机械化减人提效以及安全出口等政策规定，经济效益突出，解决了此类煤层矿井机械化开采问题，符合国家政策要求，产量、效益提高，使此类煤层矿井经济利益有了保障，为此类煤层的煤炭企业开辟了一条生存和发展的途径。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种急倾煤层的剔削采煤方法，包括：

采煤工作面巷道布置，形成在采煤工作面所在水平沿煤层走向水平掘进的运输顺槽、在采煤工作面所在的上水平沿煤层走向水平掘进的回风顺槽，以便可以水平布置回采工作面；

在形成的运输顺槽与回风顺槽的尽头划定回采块段，以回采块段的临近上采空区的里侧作为开切眼，顺煤层倾向且垂直于回风顺槽，在回采块段内由里向外依次采用钻机施工挖掘行人进风斜巷、洒煤清理斜巷、2条或2条以上溜煤斜巷、洒煤清理斜巷和运料回风斜巷，通过回采块段内的各斜巷承担采区上山组的功能；

以多条斜巷中的两条洒煤清理斜巷之间的部分作为回采工作面，在回采工作面上安装无底座的液压支架支护，该液压支架具有作为支撑的掩护梁，掩护梁底部设置可相对掩护梁沿长度方向伸缩移动的用于作为支架支腿及挤压破碎位于支架架腿下方三角煤的插板，并在回采工作面上安置采煤设备及设施；

沿煤层倾斜方向，通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行逐层剔削切割落煤，使煤壁沿煤层倾向向下推进，而液压支架随着逐层向下跟进，以便回采工作面可沿煤层倾向向下推进；

其中，在通过当前回采煤壁剔削切割落煤并沿煤层倾向向下回采时，通过掩护梁反复伸出的插板对位于支架架腿下方且遗留在煤壁顶板侧和底板侧的三角煤进行挤压破碎落煤，以使液压支架在自重和采空区冒落体的作用下下移，直至掩护梁插板沿煤层倾向到达下一层回采煤壁支撑面而完成移架。

2.根据权利要求1所述的方法，通过采煤设备对回采工作面煤壁向下进行剔削切割落煤包括：

使采煤设备沿水平向前行走，以通过滚筒旋转切割煤层完成落煤工序；

落煤工序完成后，将形成的落煤运输至采煤设备的后部；

当采煤设备后部堆积的落煤达到预定量时，使采煤设备后退，以通过采煤设备将其后部堆积的落煤推入到多条斜巷中距采煤设备最近的溜煤斜巷中。

3.根据权利要求2所述的方法，通过液压支架掩护梁插板对煤壁顶板侧和底板侧遗留的三角煤进行挤压破碎落煤包括：

在当前煤壁落煤并运输完成后，通过使液压支架掩护梁的插板向下伸出，以将落煤工序后形成的三角煤进行挤压破碎处理。

4.根据权利要求3所述的方法，通过使液压支架掩护梁的插板向下伸出，以将落煤工序后形成的三角煤进行挤压破碎处理包括：

使液压支架掩护梁插板在千斤顶顶推作用下向下朝下一层回采煤壁方向伸出，并在伸出过程中将落煤工序后形成的三角煤挤压破碎落煤。

5.根据权利要求4所述的方法，液压支架下移完成移架包括：

通过单体支柱托住液压支架的顶梁；

使液压支架掩护梁的插板向下朝下一层回采煤壁方向伸出，直至掩护梁插板到达下一层回采煤壁支撑面的稳定支撑点；

利用单体支柱扶正掩护梁逐渐降架，使顶梁随着掩护梁的下降而随之下滑，直至到达下一层回采煤壁支撑面的预设支护位置。

6.根据权利要求5所述的方法，通过液压支架支护回采工作面包括：

当回采工作面的煤层较厚时，通过一对掩护梁分别支护煤层的底板和顶板，通过与一对掩护梁分别铰接的顶梁承载采空区冒落体压力。

7.根据权利要求6所述的方法，通过液压支架支护回采工作面还包括：

当煤层中厚时，通过掩护梁支护顶板，通过与掩护梁顶部铰接的顶梁支护采空区冒落体，通过与顶梁铰接的滑靴支护底板。

8.根据权利要求7所述的方法，通过液压支架支护回采工作面还包括：

当煤层极薄时，通过集顶梁、掩护梁为一体的支护梁支护顶板和采空区冒落体，通过与支护梁铰接的滑靴支护底板。

9.根据权利要求1所述的方法，通过采煤设备对回采工作面进行剔削切割落煤时，包括如下步骤：先两端斜切削坡与下一段联络巷平齐、之后水平开采；或者，回采煤壁保持水平状态且和工作面端头的洒煤清理斜巷垂直相交；或者，在回采工作面外侧部分留斜坡呈上翘状态，在回采工作面里侧部分提前削坡至与下一段的联络巷平齐且削坡呈下伏状态；其中，削坡和留斜坡用于便于人员通行。

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