CN111779514B - 实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法。结合现有技术存在的煤炭损失、巷道工程量与成本以及回撤速度慢等问题，确定采用末采无专用通道、无煤柱，工作面与上山或大巷直接贯通，自动形成沿空留巷的方法，与传统回撤方式不同，本发明采用无通道、无煤柱，在断面大且配备辅助运输系统的上山或大巷内直接回撤设备的方法。首先，这种布置方式可显著提高矿井采出率；其次，无预掘回撤通道可显著降低巷道工程量与维护成本；最后，该技术在具有断面大、配备有辅助运输系统特征的上山或大巷内直接回撤设备的速度得以显著提高。

Description

实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法。
背景技术
工作面回采时，一般在靠近上山或者大巷时，为了避免工作面采动影响到上山或大巷围岩稳定性，造成破坏，在上山或大巷一侧至少留设20-40m的保护煤柱，在保护煤柱的外侧布置设备回撤通道，见图1所示。工作面推采至回撤通道位置时停止开采，也称为停采线。工作面到达停采线后，包括液压支架在内的设备需要搬迁至其他工作面或地点，也称为“搬家”或“设备回撤”。
如图1所示，代表了目前国内外最高效的回撤方式，工作面向上山或大巷方向进行回采时，提前在保护煤柱外侧布置主撤通道与辅撤通道，两条回撤通道距离一般保持在20-25m左右，两回撤通道之间利用联络巷相通，联络巷距离每隔30m左右布置一条。
当工作面即将推进至主撤通道时，利用提前布置好的调节小巷对工作面方向与高度进行调节，实现工作面与主撤通道的贯通，工作面与主撤通道贯通后，设备从主撤通道运至回风顺槽，或者经联络巷运至辅撤通道再运至回风顺槽，形成工作面设备回撤的多点作业，目前，这种双回撤通道是国内外典型的快速回撤方式。
但是，这种提前布置回撤通道的方式存在如下问题：①回采率问题。一般在工作面上山或大巷一侧留设20-40m保护煤柱，这种回撤方式的双回撤通道之间保留20-25m煤柱，也即工作面末采进行设备回撤后，仅单一工作面在上山或大巷一侧即需要留设40-65m保护煤柱无法回收，一般在矿井设计时要考虑工作面连续推进一年的长度，按日进3m计算，工作面推进距离大约1000m，那么仅单一工作面在上山或大巷一侧留设煤柱占比即达4％-6.5％，这也是造成我国矿井采出率不到50％的主要原因之一；②巷道工程量大，支护成本高。以图1中所示双回撤通道为代表，假如工作面长度200m，那么双回撤通道长度即为400m，联络巷长20m，每隔25m布置一条，共计需要7条联络巷总计140m，也即为了实现设备回撤，需要提前布置共计540m长的巷道，巷道掘进与维护费用保守按5000元/m计算，单一工作面即需要费用270万元；③设备搬家周期时间长。一般采用回撤通道进行搬家时间大约需要20-30d，最高纪录也即我国神东地质条件特别简单、不具代表性矿井的9d时间，在搬家周期内，设备不能发挥作用，也即没有产量指标。
综述，现有的工作面末采设备回撤技术存在回采率低、巷道工程量大与成本高、搬家倒面时间长的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于，提出了实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法，以解决现有技术存在的回采率低、巷道工程量大与成本高、搬家倒面时间长的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法，包括以下过程：
a、工作面末采无专用回撤通道与不留煤柱，直接与上山或大巷贯通；
b、工作面末采时，调整采高、速度等控制工作面与上山或大巷之间煤柱发生提前破坏，并在工作面进行挂绳、铺网等控制顶板，在煤柱发生突然破坏之前，对上山或大巷采取补强支护措施，直至贯通；
c、工作面贯通上山或大巷时，利用停采线上的液压支架切顶，并辅以锚索等材料强化支护，对工作面两巷进行密闭，支架靠近采空区侧进行铺网、挂绳、喷浆，并辅以风筒布进行漏风控制，从而形成新型沿空留巷技术；
d、利用形成的上山沿空留巷，从上至下依次对沿采空区布置的液压支架进行回撤，液压支架可直接装车、外撤。
根据本发明所述的方法，优选地，适用于工作面末采与设备快速回撤条件。
具体的，步骤a中，在工作面末采时，不布置专用回撤通道，不留设上山或大巷保护煤柱，工作面直接与上山或大巷贯通，贯通位置设计为停采线。
步骤b中，工作面末采时，确定工作面前方极限平衡区范围，在剩余煤柱即将全部进入极限平衡区范围之前，降低采高、控制速度，尽可能避免煤柱过早发生完全破坏，在煤柱即将发生破坏之前，对上山或大巷采取补强支护措施，直至贯通上山或大巷。
在步骤b中，工作面前方极限平衡区确定依据为：
回采工作面前方形成的极限平衡区的计算依据公式：
Figure GDA0003509032100000031
式中：x0，回采工作面前方形成的极限平衡区，m；M，采高，m；K，应力集中系数；γ，覆岩容重，MPa；H，埋深，m；p1，支架对煤帮的阻力，MPa；C，煤体的粘聚力，MPa；
Figure GDA0003509032100000032
煤体的内摩擦角，°；f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；ε，三轴应力系数，
Figure GDA0003509032100000033
步骤c中，工作面贯通上山或大巷时，停采线上的液压支架自动切顶，对上山或大巷辅以锚索等材料强化支护，对工作面两巷进行密闭，支架靠近采空区侧进行铺网、挂绳、喷浆，并辅以风筒布进行漏风控制，从而形成新型沿空留巷技术。
步骤d中，利用形成的沿空留巷，从上至下或从远至近依次对沿采空区布置的液压支架进行回撤，液压支架可直接装车、外撤。
本发明提供的实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法，具有以下优点：
(1)工作面末采不需要布置专用回撤通道，节省巷道工程量与维护成本。
(2)工作面末采在上山或大巷一侧不留设保护煤柱，提高矿井采出率。
(3)设备直接停在断面更大的上山或者大巷边缘，利用已有的轨道或无轨胶轮车等辅助运输设备，直接装车回撤，搬家速度更快。
附图说明
图1为现有工作面末采回撤通道布置与留煤柱示意图；
图2为实施例的工作面末采无专用回撤通道、煤柱与快速回撤设备方法示意图。
图2a为实施例的工作面进入末采阶段示意图
图2b为实施例的工作面贯通上山或大巷示意图
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
在本实施例中，第一步，工作面向上山或大巷方向推进，在超前支承应力峰值点影响到上山或大巷之前，对上山或大巷进行补强支护，工作面采用限制采高、调节速度控制超前支承应力影响范围，超前支承应力峰值点确定依据如下：
Figure GDA0003509032100000041
式中：x0，回采工作面前方形成的极限平衡区，m；M，采高，m；K，应力集中系数；γ，覆岩容重，MPa；H，埋深，m；p1，支架对煤帮的阻力，MPa；C，煤体的粘聚力，MPa；
Figure GDA0003509032100000042
煤体的内摩擦角，°；f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；ε，三轴应力系数，
Figure GDA0003509032100000043
第二步，工作面直接推采至与上山或大巷贯通，对顶板进行锚索、钢带等补强支护，对工作面两巷进行密闭处理，液压支架后方挂网、喷浆与铺风筒布防止漏风。
第三步，在形成的沿空留巷内利用轨道或其他辅助运输方式进行设备装车与回撤。

Claims (5)

1.实现工作面末采无专用通道、煤柱与快速回撤设备的方法，其特征在于，包括以下过程：
a、工作面末采无专用回撤通道与不留煤柱，直接与上山或大巷贯通；
b、工作面末采时，调整采高、速度控制工作面与上山或大巷之间煤柱发生提前破坏，并在工作面进行挂绳、铺网控制顶板，在煤柱发生突然破坏之前，对上山或大巷采取补强支护措施，直至贯通；
c、工作面贯通上山或大巷时，利用停采线上的液压支架切顶，并辅以锚索材料强化支护，对工作面两巷进行密闭，支架靠近采空区侧进行铺网、挂绳、喷浆，并辅以风筒布进行漏风控制，从而形成沿空留巷技术；
d、利用形成的上山沿空留巷，从上至下依次对沿采空区布置的液压支架进行回撤，液压支架可直接装车、外撤。
2.根据权利要求1所述的实现工作面末采无专用回撤通道、煤柱与快速回撤设备 的方法，其特征在于，所述的步骤a中，工作面末采不布置专用回撤通道，末采不留煤柱，分区式与盘区式的走向长壁工作面直接与上山贯通，分带式的倾斜长壁工作面直接与大巷贯通。
3.根据权利要求1所述的实现工作面末采无专用回撤通道、煤柱与快速回撤设备 的方法，其特征在于，所述的步骤b中，工作面末采时，调整采高、速度控制煤柱发生提前破坏，并在工作面进行挂绳、铺网控制顶板，在煤柱发生突然破坏之前，对上山或大巷采取补强支护措施，直至贯通。
4.根据权利要求1所述的实现工作面末采无专用回撤通道、煤柱与快速回撤设备 的方法，其特征在于，所述的步骤c中，工作面贯通上山或大巷时，回采工作结束，工作面停在贯通线上，对工作面两巷进行密闭处理，利用液压支架进行切顶，对上山或大巷顶板进行补强支护，待顶板垮落后对支架后方金属网进行喷浆，并铺设风筒布防止向采空区漏风，形成沿空留巷技术。
5.根据权利要求1所述的实现工作面末采无专用回撤通道、煤柱与快速回撤设备 的方法，其特征在于，所述的步骤d中，利用形成的沿空留巷，从上至下依次对沿采空区布置的液压支架进行回撤，液压支架可直接装入矿车或卡轨车设备，直接回撤到目标地点。
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