CN111946345A - 特厚硬煤下分层的综放回采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特厚硬煤下分层的综放回采方法，包括：特厚硬煤层分为上分层和下分层，上分层综采回采完毕后，对下分层进行巷道掘进，在下分层的巷道上预留顶煤，将顶煤作为综采的顶板，顶板不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收；在下分层的巷道内安装综放设备；对下分层的下部采用采煤机割煤；对下分层的上部顶煤采用放顶煤回收。本发明由于将顶煤作为综采的顶板，不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收，既保证了顶板安全，又回收了煤炭资源。提高了煤炭资源回收率，降低采空区自燃发火的隐患，安全性较好，并且效率高，效益好，为特厚硬煤上分层综采开采后，下分层的安全高效回采提供新技术、新方法、新经验。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采的技术领域，尤其涉及一种特厚硬煤下分层的综放回采方法。
背景技术
我国特厚煤层开采的技术现状：
目前我国对特厚煤层一般采取以下四种开采方法：分层综采、综放开采、大采高开采和露天开采。其中分层综采开采方法巷道掘进和综采回采顶板控制难度均较大，支护成本高，安全性较差，而且还要铺网。综放开采方法顶煤太厚时需要预裂爆破，大块多，冒放性差煤炭回收率低，采空区易自燃发火；大采高开采方法由于国内目前最大采高只有7.2m，8.8m高的液压支架也正在研制，超过此高度的特厚煤层不能全部回收，采高受到限制，而且矿压大，易片帮冒顶；露天开采方法如果煤层埋藏太深，剥采比太大，既不经济，也不利于环境保护。这四种开采方法均有较大弊端。
某特厚煤层开采现状：
该特厚煤层的复合区二盘区总面积4.24平方公里。煤层总厚度为9.63-10.35m，平均厚度为10.0m，倾角为1-3°，埋深为76-106m，可采储量为7080万吨，煤层普氏系数约为3，且节理裂隙不发育、煤层韧性较好。
如图1所示，原计划该盘区采用分层综采的开采方法，对10m厚的煤层，上分层综采回采4m，中间留2m假顶，下分层综采回采4m(如图1)。2001年3月至2005年5月对该盘区上分层两翼共九个综采面已经进行了回采，上分层已回采煤量2830万吨，剩余煤量4250万吨。由于下分层开采难度太大，安全性太差，上分层开采完毕至今已有近10年的时间下分层一直没有开采。如果继续按原计划回采下分层，不仅要浪费2m厚的煤炭资源(约1020万吨)，而且大量煤炭遗留在采空区还会造成自燃发火的重大隐患。
因此，有必要设计一种提高煤炭资源回采率、并能保证安全高效开采的特厚硬煤下分层的综放回采方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高煤炭资源回采率、并能保证安全高效开采的特厚硬煤下分层的综放回采方法。
本发明的技术方案提供一种特厚硬煤下分层的综放回采方法，包括以下步骤：
特厚硬煤层分为上分层和下分层，所述上分层综采回采完毕后，对下分层进行巷道掘进，在所述下分层的所述巷道上预留顶煤，将所述顶煤作为综采的顶板，所述顶板不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收；
在所述下分层的所述巷道内安装综放设备；
对所述下分层的下部采用采煤机割煤；
对所述下分层的上部所述顶煤采用放顶煤回收。
优选地，所述顶煤通过放煤支架来放煤，所述放煤支架包括后尾梁和插板，所述后尾梁上开设有放煤口，所述插板用于开启或关闭所述放煤口；每次放煤开启两个放煤口，间距10架放煤，利用所述放煤支架的所述后尾梁和所述插板放煤，放到见矸后关门；其中，利用上分层回采时重型设备对底煤的破坏作用和下分层回采时所述放煤支架反复支撑对所述放顶煤的破坏作用，实现下分层综放回采时对所述放顶煤的充分破坏。
优选地，所述综放回采采用一采一放、平行作业、双轮顺序放煤；采煤机从机头往机尾割煤时，从机头开始放煤，放到机尾停止；从机尾往机头割煤时，从机尾开始放煤。
优选地，将总厚度为10m的特厚硬煤层分为所述上分层和所述下分层，所述上分层通过综采回采4m，对6m厚的所述下分层采用综放回采，上部所述顶煤采用放顶煤回收，所述放顶煤的厚度为2-3m，所述割煤高度为3-4m。
优选地，采用邻架手动操作来移动液压支架，所述液压支架不得滞后所述采煤机的前滚筒三架，所述液压支架跟随所述采煤机擦顶移动，所述液压支架用于支护顶板。
优选地，移动所述液压支架后，推动前部刮板运输机，所述前部刮板输送机用于运送所述采煤机割下的煤炭。
优选地，所述放顶煤回收后，拉动后部刮板运输机，所述后部刮板输送机用于运送放顶煤的煤炭。
优选地，所述采煤机采用端头斜切进刀、双向割煤。
优选地，所述斜切进刀进一步包括以下步骤：
斜切入刀，入刀前，前部刮板运输机的机头段距离煤壁相对于机尾段较远，形成弯曲段和直线段，所述采煤机割透所述机头段的所述煤壁后，沿所述弯曲段进刀，所述采煤机逐渐进入所述煤壁，直到所述采煤机移动到所述直线段；其中，起始状态时，前部刮板运输机的机头段距离煤壁相对于机尾段较远，形成弯曲段和直线段，采煤机割透机头段的煤壁；此时，左滚筒在顶板，右滚筒在底板；采煤机割透机头段的煤壁后，左滚筒降下至底板，右滚筒升起至顶板，反向牵引，沿前部刮板运输机的弯曲段进刀，采煤机逐渐切入煤壁，机身全部进入直线段后停止牵引；由于采煤机沿弯曲段进刀，在煤壁上形成了一段三角煤；
割三角煤，所述机头前移，使得所述前部刮板运输机保持平直，所述采煤机向所述机头段的方向移动并切割三角煤；其中，采煤机斜切入刀完成后，机头前移，使得前部刮板运输机保持平直，采煤机的左滚筒升起至顶板，右滚筒降下至底板，向前部刮板运输机的机头段方向牵引割煤，割透煤壁后，左滚筒降至底板，来回扫刀二至三次，割平机尾底板。
另外，优选地，所述割三角煤后，所述采煤机向所述前部刮板运输机的所述机尾段移动，所述采煤机正常割煤；其中，采煤机割透机头的煤壁后，左滚筒降下至底板，右滚筒升起至顶板，采煤机再向前部刮板运输机的机尾段方向牵引割煤，跟随采煤机移动液压支架，支护顶板。
从上面所述可以看出，本发明提供的特厚硬煤下分层的综放回采方法，与现有技术相比，具有以下优点：本发明由于将顶煤作为综采的顶板，不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收，既保证了顶板安全，又回收了煤炭资源。提高了煤炭资源回收率，降低采空区自燃发火的隐患，安全性较好，并且效率高，效益好，为特厚硬煤上分层综采开采后，下分层的安全高效回采提供新技术、新方法、新经验。
附图说明
图1是某特厚硬煤的分层综采的开采方法的剖面示意图；
图2是本发明一实施例中特厚硬煤的综放回采方法的剖面示意图；
图3是本发明一实施例中特厚硬煤下分层的综放回采方法的流程图；
图4是本发明一实施例中特厚硬煤下分层的斜切进刀的起始状态图；
图5是图4中A-A的剖面图；
图6是本发明一实施例中特厚硬煤下分层的斜切进刀的斜切入刀步骤的状态图；
图7是图6中B-B的剖面图；
图8是本发明一实施例中特厚硬煤下分层的斜切进刀的割三角煤步骤的状态图；
图9是图8中C-C的剖面图；
图10是本发明一实施例中特厚硬煤下分层的正常割煤的状态图；
图11是图10中D-D的剖面图。
附图标记对照表：
1-煤壁 2-采煤机 3-前部刮板输送机
4-左滚筒 5-右滚筒
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
参见图2，图2为本发明一实施例中特厚硬煤的综放回采方法的剖面示意图。将总厚度为10m的特厚硬煤层分为上分层和下分层。上分层已经通过综采回采了4m。对6m厚的下分层采用综放回采方法，采高4m，放顶煤2m。这2m厚的煤层可作为综采的顶板，不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收，既保证了顶板安全，又回收了煤炭资源。也就是由原计划开采方法“上分层综采4m、中间留2m假顶、下分层再综采4m”改变为“上分层综采4m、下分层综放6m”的综放回采方法。
如图3所示，图3为本发明一实施例中特厚硬煤下分层的综放回采方法的流程图，具体包括以下步骤：
步骤S101：对下分层进行巷道掘进，在所述下分层的所述巷道上预留顶煤；
步骤S102：在所述下分层的所述巷道内安装综放设备；
步骤S103：对所述下分层的下部采用采煤机割煤；
如图2所示，本实施例中，割煤高度为4m。
较佳地，割煤高度可以为3-5m。
步骤S104：对所述下分层的上部所述顶煤采用放顶煤回收。
如图2所示，本实施例中，所述放顶煤的厚度为2m。
较佳地，放顶煤的厚度可以为2-3m。
本发明由于将顶煤作为综采的顶板，不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收，既保证了顶板安全，又回收了煤炭资源。提高了煤炭资源回收率，降低采空区自燃发火的隐患，安全性较好，并且效率高，效益好，为特厚硬煤上分层综采开采后，下分层的安全高效回采提供新技术、新方法、新经验。
优选地，如图2所示，采用邻架手动操作来移动液压支架，所述液压支架跟随所述采煤机擦顶移动，所述液压支架用于支护顶板。
其中，正常推进期间在顶板稳定的情况下，采用邻架手动操作来移动液压支架，液压支架不得滞后采煤机的前滚筒(顶刀)3架，严格执行跟随所述采煤机迈步擦顶移动液压支架，确保液压支架前顶板完整。在初次放顶、顶板破碎或周期来压期间必须紧跟前滚筒来移动液压支架，移动液压支架的步距为0.865m。
优选地，如图2所示，移动所述液压支架后，推动前部刮板运输机。
其中，工作面煤炭通过前部、后部刮板运输机运出，经过安装在转载机身上破碎机破碎成小块后，最后由转载机转载到顺槽胶带输送机上。前部刮板输送机用于运送采煤机割下的煤炭，后部刮板输送机用于运送放顶煤的煤炭。推动前部刮板运输机，在移动液压支架之后，必须保证前部刮板运输机滞后采煤机不少于23m的弯曲段距离。推动前部刮板运输机的步距为0.865m。手动推动前部刮板运输机按照以下方法：先由前部刮板运输机的机头向工作面推溜、然后由前部刮板运输机的机尾向工作面推溜，并且推移千斤顶要按照已推出方向逐次推出，严禁从两头向中间推移运输机，以免造成前部刮板运输机中间鼓起、搭桥。
优选地，如图2所示，所述放顶煤回收后，拉动后部刮板运输机。
其中，拉动后部刮板运输机滞后放煤点15m以上进行，拉动后部刮板运输机的步距为0.865m，由后部刮板运输机的机头向工作面拉动或由机尾向工作面拉动，后部刮板运输机的弯曲段不得少于23m，最大水平弯曲1～2°。当采煤机割至端头并完成进刀、推动前部刮板运输机、拉架工序后拉动后部刮板运输机的机头或机尾，严禁从两头向中间拉动后部刮板运输机。拉移要到位并保持平直，后部刮板运输机停止运转时不得拉移。
上述工序可以为：采煤机割煤→移架→推前部刮板运输机→放煤→拉后部刮板运输机。
优选地，所述采煤机采用端头斜切进刀、双向割煤。
进一步地，所述斜切进刀进一步包括以下步骤：
斜切入刀，入刀前，前部刮板运输机的机头段距离煤壁相对于机尾段较远，形成弯曲段和直线段，采煤机割透机头段的所述煤壁后，沿弯曲段进刀，采煤机逐渐进入煤壁，直到采煤机移动到直线段；
其中，如图4-5所示，为特厚硬煤下分层的斜切进刀的起始状态图。图4为垂直于图2的工作面的截面。起始状态时，前部刮板运输机3的机头段(图4中左侧的部分)距离煤壁相对于机尾段(图4中右侧的部分)较远，形成弯曲段31和直线段32，采煤机2割透机头段的煤壁1。此时，左滚筒4在顶板，右滚筒5在底板。
如图6-7所示，为特厚硬煤下分层的斜切进刀的斜切入刀步骤的状态图。煤机2割透机头段的煤壁1后，左滚筒4降下至底板，右滚筒5升起至顶板，反向牵引，沿前部刮板运输机3的弯曲段31进刀，采煤机2逐渐切入煤壁1，机身全部进入直线段32后停止牵引。由于采煤机2沿弯曲段31进刀，因此如图6所示，在煤壁1上形成了一段三角煤。
割三角煤，机头前移，使得前部刮板运输机保持平直，采煤机向机头段的方向移动并切割三角煤。
其中，如图8-9所示，为特厚硬煤下分层的斜切进刀的割三角煤步骤的状态图。采煤机2斜切入刀完成后，机头前移，使得前部刮板运输机3保持平直，采煤机2的左滚筒4升起至顶板，右滚筒5降下至底板，向前部刮板运输机3的机头段方向牵引割煤，割透煤壁后，左滚筒4降至底板(参见图11)，来回扫刀二至三次，割平机尾底板。
本实施例中，割三角煤后，采煤机向前部刮板运输机的机尾段移动，采煤机正常割煤。
其中，如图10-11所示，为特厚硬煤下分层的正常割煤的状态图。采煤机2割透机头的煤壁1后，左滚筒4降下至底板，右滚筒5升起至顶板，采煤机2再向前部刮板运输机3的机尾段方向牵引割煤，跟随采煤机2移动液压支架，支护顶板。
较佳地，所述综放回采采用一采一放、平行作业、双轮顺序放煤。
具体为，采煤机从机头往机尾割煤时，从机头开始放煤，放到机尾停止；从机尾往机头割煤时，从机尾开始放煤。
进一步地，所述顶煤通过放煤支架来放煤，所述放煤支架包括后尾梁和插板，所述后尾梁上开设有放煤口，所述插板用于开启或关闭所述放煤口。
其中，过渡架(2架)和两端头排头架(8架)共10架不放煤。每次放煤开启两个放煤口，间距10架放煤，利用放煤支架的后尾梁和插板放煤，放到见矸后关门。每班两名专职放煤工放煤，一名放煤工滞后移架10架放顶煤，另一名放煤工距离前一名放煤工10架与其同时放煤。
本发明的某一具体实施例描述如下：
大柳塔煤矿活鸡兔井复合区二盘区下分层首采面12下202综放面，原煤层总平均煤厚10.0m，上分层已采平均煤厚4.0m；下分层剩余平均煤厚6.0m，12上202工作面原上覆基岩已于2005年塌陷。下分层12下202工作面长度249.8m，推进长度1124.5m，面积0.28平方公里，煤层倾角1-3°，埋深63.4-99.3m。工作面选用北煤ZFY10200/25/42液压支架，7LS6C/LWS738型双滚筒采煤机，JOY2×2×1050KW(放顶煤)前后部刮板输送机作为生产的主要配套设备。
此工作面采用综放回采工艺，综采回采4.0m，放顶煤2.0m。此2m厚的顶煤首先作为综采的顶板，防止架前漏矸冒顶，随支架推移到了架后采用放顶煤进行回收，如此既能防止架前冒漏，又回收了煤炭资源，又能降低采空区发火的隐患。该综放工作面已经回采320米，平均每天割煤12刀，日均产量2.0万吨。单日最高割煤22刀，单日最高产量为3.5万吨。工作面回采过程中没有周期来压，没有出现严重冒顶、漏矸等各种问题，现场实践效果良好，回采工作非常安全顺利高效。该工作面煤炭回收率达90％(比原方案提高了23个百分点)，该工作面共多回收煤炭资源约46.7万吨，按吨煤150元利润计算，多创造经济效益约7005万元。
本发明具有以下优点：
(1)为特厚硬煤层开采积累新经验、新技术。从全国范围看，特厚硬煤层先采上分层后下分层采用综放回采，全国暂无先例，该技术的创新效果良好，为类似条件的煤层开采提供了宝贵的实践经验，具有一定的推广应用价值。
(2)利用上分层回采时重型设备对底煤的破坏作用和下分层回采时支架反复支撑对顶煤的破坏作用，实现了下分层综放回采时对顶煤的充分破坏，保证了顶煤的良好冒放性。这也是一个重要的创新点，在国内外也是首次提出。
(3)资源回收率相对较高。放顶煤开采顶煤回收率按70％考虑，综合回收率将达到90％左右。与下分层选用综采回采工艺留设2m厚的顶煤不采相比，整个复合区可多回收714万吨的煤炭资源，吨煤按150元效益计算，多创造出大约10.7亿元的经济效益。
(4)避免了2m厚的顶煤丢失，大大减少了采空区的遗煤，大大降低了采空区自燃发火的隐患。
(5)采用综放回采技术工艺解决了该特殊地质条件下综采端面距范围顶板控制问题，有效杜绝了漏矸和冒顶事故的发生。若采用大采高一次采全高开采下分层，综采面将没有实体顶板，上分层采空区矸石冒落难以回采。而采用综放回采“直接顶”一般为2米厚的顶煤，该部分煤炭首先作为综采的顶板，防止架前漏矸冒顶，随支架推移到了架后采用放顶煤进行回收，达到既防止了架前漏矸冒顶，又回收了煤炭资源的目标，顶板管理效果良好。
(6)特厚硬煤上分层综采下分层综放的回采工艺,上分层回采时底板不需要铺网，下分层放顶煤时不用预裂，实现下分层剩余资源的安全高效开采，成本低，效率高，提高了综合经济效益。
(7)在目前全国煤炭形势不好的情况下，缓解了活井接续紧张的问题，不仅使复合区下分层3000多万吨的优质煤能够回采，同时又解决了压茬问题，使22煤也得到释放。
(8)综放回采下分层对煤厚变化适应性强。对于煤层厚度变化较大、硬度较大的特厚硬煤层，综放回采工作面推进受煤层厚度变化影响小。对于活鸡兔井12煤复合区下分层煤厚局部发生变化时，采用综放回采能够很好的适应煤层厚度变化。
(9)新的综放回采方法集合了分层开采和放顶煤的优势，为特厚硬煤安全、高效回采找到一个新的回采工艺。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，包括以下步骤：
特厚硬煤层分为上分层和下分层，所述上分层综采开采完毕后，对下分层进行巷道掘进，在所述下分层的所述巷道上预留顶煤，将所述顶煤作为综采的顶板，所述顶板不需要铺网，到了架后作为放顶煤进行回收；
在所述下分层的所述巷道内安装综放设备；
对所述下分层的下部采用采煤机割煤；
对所述下分层的上部所述顶煤采用放顶煤回收。
2.根据权利要求1所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述顶煤通过放煤支架来放煤，所述放煤支架包括后尾梁和插板，所述后尾梁上开设有放煤口，所述插板用于开启或关闭所述放煤口；每次放煤开启两个放煤口，间距10架放煤，利用所述放煤支架的所述后尾梁和所述插板放煤，放到见矸后关门；其中，利用上分层回采时重型设备对底煤的破坏作用和下分层回采时所述放煤支架反复支撑对所述放顶煤的破坏作用，实现下分层综放回采时对所述放顶煤的充分破坏。
3.根据权利要求2所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述综放回采采用一采一放、平行作业、双轮顺序放煤；采煤机从机头往机尾割煤时，从机头开始放煤，放到机尾停止；从机尾往机头割煤时，从机尾开始放煤。
4.根据权利要求2或3所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，将总厚度为10m的特厚硬煤层分为所述上分层和所述下分层，所述上分层通过综采回采4m，对6m厚的所述下分层采用所述综放回采，上部所述顶煤采用放顶煤回收，所述放顶煤的厚度为2-3m，所述割煤高度为3-4m。
5.根据权利要求1至3任一项所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，采用邻架手动操作来移动液压支架，所述液压支架不得滞后所述采煤机的前滚筒三架，所述液压支架跟随所述采煤机擦顶移动，所述液压支架用于支护顶板。
6.根据权利要求5所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，移动所述液压支架后，推动前部刮板运输机，所述前部刮板输送机用于运送所述采煤机割下的煤炭。
7.根据权利要求1至3任一项所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述放顶煤回收后，拉动后部刮板运输机，所述后部刮板输送机用于运送放顶煤的煤炭。
8.根据权利要求1-3任一项所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述采煤机采用端头斜切进刀、双向割煤。
9.根据权利要求8所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述斜切进刀进一步包括以下步骤：
斜切入刀，入刀前，前部刮板运输机的机头段距离煤壁相对于机尾段较远，形成弯曲段和直线段，所述采煤机割透所述机头段的所述煤壁后，沿所述弯曲段进刀，所述采煤机逐渐进入所述煤壁，直到所述采煤机移动到所述直线段；其中，起始状态时，前部刮板运输机的机头段距离煤壁相对于机尾段较远，形成弯曲段和直线段，采煤机割透机头段的煤壁；此时，左滚筒在顶板，右滚筒在底板；采煤机割透机头段的煤壁后，左滚筒降下至底板，右滚筒升起至顶板，反向牵引，沿前部刮板运输机的弯曲段进刀，采煤机逐渐切入煤壁，机身全部进入直线段后停止牵引；由于采煤机沿弯曲段进刀，在煤壁上形成了一段三角煤；
割三角煤，所述机头前移，使得所述前部刮板运输机保持平直，所述采煤机向所述机头段的方向移动并切割三角煤；其中，采煤机斜切入刀完成后，机头前移，使得前部刮板运输机保持平直，采煤机的左滚筒升起至顶板，右滚筒降下至底板，向前部刮板运输机的机头段方向牵引割煤，割透煤壁后，左滚筒降至底板，来回扫刀二至三次，割平机尾底板。
10.根据权利要求9所述的特厚硬煤下分层的综放回采方法，其特征在于，所述割三角煤后，所述采煤机向所述前部刮板运输机的所述机尾段移动，所述采煤机正常割煤；其中，采煤机割透机头的煤壁后，左滚筒降下至底板，右滚筒升起至顶板，采煤机再向前部刮板运输机的机尾段方向牵引割煤，跟随采煤机移动液压支架，支护顶板。
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