CN111980709A - 一种用于大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于采煤方法技术领域，具体涉及一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法。将煤层沿倾向方向分为若干个盘区，作为作业区，台阶式用于保证端帮采煤机、速联胶带运输单元、步进式平台以及临时储煤仓、外运车辆所需的空间。然后在台阶平盘布置好以后，端帮采煤机由传统的沿煤层倾向改为沿煤层走向开采采硐，形成“由下往上开设盘区，由上往下推进，由内往外探入回采”的总体布局，单个盘区的采硐数目、采硐高度和深度由煤层厚度决定。本发明可以有效解决连续采煤机在倾向开采大倾角煤层时爬坡能力不足的问题，仅剥离一部分台阶盘区的顶部岩层，即可达到安全回采目的。

Description

一种用于大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法

技术领域

本发明属于采煤方法技术领域，具体涉及一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法。

背景技术

目前，全世界年产煤炭超过80亿吨，其中露天开采占比超过六成，部分国家甚至高达90%。近年来，我国露天煤矿得到了快速发展，其煤炭产量占全国煤炭总产量的比重由2000年的4%左右提高到2018年的16%左右，对各自省区乃至全国国民经济的持续健康发展具有重要的战略地位和意义。露天煤矿倾斜煤层倾角一般为10°～45°，就目前的开采技术水平和开采装备而言，一般采用分区内排纵采工艺、横采内排开采工艺及纵采转横采内排开采工艺。但由于倾斜煤层地质条件和赋存条件的复杂性、开采工艺与开采装备的局限、排放剥离物的限制，增加了露天煤矿倾斜厚煤层的开采难度：一方面，煤层底板揭露后，倾角较大，造成安全开采隐患，无法实现内排或仅能排放很少量的剥离物，无法尽早实现内排直接影响剥离运距、外排土场的占地面积、环保费用、经济效益；另一方面在实际露天煤矿设计、开采过程中，采掘工作帮和内排土工作帮之间大量煤炭被压覆，排土场重新掩埋之后，造成永久损失和资源浪费，资源浪费现象严重，这样便形成了较大一部分边帮煤炭资源。通常情况下，这些边帮资源一般均为近水平煤层，坡度较小，边帮开采较为容易，对此，国内一些煤矿如内蒙古乌兰煤矿已经作为试点使用连续采煤机进行了端帮开采，这些端帮煤都是近水平开采，取得了较好的效果。但是有一部分边帮煤炭资源，厚度在10m以上、倾角超过18°，使用连续采煤机开采时，由于设备爬坡能力有限，无法使用常规的沿倾向方向开采，而且此类资源的开采需求也在不断加大。因此，大倾角边帮开采也成了亟待解决的难题。

在充分调研、分析的基础上认为，目前国产化连续采煤机以及成套装备已经成熟，并广泛用于井工矿短壁开采或巷道快速掘进中，其具有采掘合一、投资少、见效快、机械化程度高、设备移动快速灵活、无巷道支护、初期剥离量少等优势，而其自动定向定位系统的高可靠性已经在国内部分矿区的边帮现场中得到验证。因此，连续采煤机仍然是解决大倾角边帮煤资源最理想的装备，并综合大倾角、厚及特厚煤层的分布特点，提出一种新工艺和方法，通过调整开采方向、平盘布置、优化采运工艺，将回采采硐的坡度降低，既符合设备要求，又能满足工艺需要，最终实现大坡度、厚及特厚煤层条件下端帮煤炭资源的安全、高效开采。

发明内容

本发明为了埋深煤层倾角较大时造成的开采困难、煤炭损失率高、生产安全性差、工人劳动强度大、采剥比大、剥离物排放困难、开采效益差的问题，提供一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法。

本发明采取以下技术方案：一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，包括以下步骤。

S100～划分倾斜厚煤层：沿煤层倾斜线方向，由下往上每隔5～15m的垂直高度依次开设台阶式水平的盘区工业广场。

S200～上、下相邻盘区工业广场间设置环形运输通道：盘区工业广场处揭露煤层并平整。

S300～在开采期间，盘区工业广场区域上布设开采装备，每个台阶的盘区工业广场处沿走向设置采硐。

在顶部盘区工业广场的采硐开采位置的外部，布设连续采煤机、风筒、速连胶带运输单元、步进式行走平台、移动式卸料部和移动控制平台；速连胶带运输单元前端连接连续采煤机的运输部尾部，整个速率胶带运输单元骑跨于步进式行走平台的运输部的轨道上，形成搭接，步进式行走平台的运输部尾部与移动式卸料部搭接，由此构成完整的运输系统；风筒吊挂于速连胶带运输单元II、速连胶带运输单元III以及步进式行走平台之上，一端连接连续采煤机机身自带风机出风口，另一端连接步进式行走平台尾部的通风除尘系统，形成沿采硐进风，风筒出风的抽出式通风系统。

S400～采硐内煤层开采。

启动速连胶带运输单元、步进式行走平台、移动式卸料部、移动控制平台及连续采煤机除尘风机后，连续采煤机升起截割滚筒，由上往下截割煤岩；开采过程中，采硐内不进行支护，煤质坚硬时可留设顶煤，充分发挥煤体自承能力；完成截割循环后，连续采煤机向前推进，速连胶带运输单元一同向前滑移，探入开采一定距离后，当步进式行走平台的运输部上可容纳速连胶带运输单元时，停止采煤作业，由叉车将速连胶带运输单元安放至步进式行走平台的运输部轨道上，并与速连胶带运输单元连接，延长运输系统；此后，在单元上吊挂风筒，并与前后风筒快速连接，延长通风系统；采出煤炭资源采用卡车通过上下盘区运输通道或者当倾角较大时采用自溜运输运往指定存储位置。

S500～重复上述操作S400，达到指定采深后，停止前进，迅速撤出采硐内的开采装备。

S600～重复上述步骤S300、S400、S500，继续开采下一条采硐，直至完成盘区内所有采硐的开采。

S700～当前盘区开采完成后，所有开采装备通过上下盘区运输通道运往下一盘区，重复步骤S300、S400、S500、S600，直至将所有规划的盘区全部开采完毕。

进一步的，相邻上、下相邻水平盘区间的环形运输通道，其坡度不超过10°。

进一步的，每个水平盘区的采硐数为2个以上。

进一步的，相邻的上、下水平盘区的邻近采硐间留设3m～5m的错距。

进一步的，采硐深度为≤500m；采硐宽度为连续采煤机截割宽度；采硐高度为1.3～5.5m，采硐间煤柱宽度0~1.5m，上、下水平盘区间垂直距离10～15m。

与现有技术相比，本发明针对露天煤矿倾斜厚煤层由于倾角较大时造成的开采困难、剥离量大、排土空间小、煤炭损失率高、生产安全性差、开采效益差、人员劳动强度大的问题，发明一种沿走向推进的探入式开采工艺，实现提高煤炭资源回收率，提高经济效益与安全性，减小采剥比，为露天煤矿大倾角厚煤层安全高效回采提供解决途径。

附图说明

图1为露天煤矿倾斜厚煤层探入式开采系统布置图；

图2为图1中I-I位置剖面图；

图3为露天煤矿倾斜厚煤层探入式开采工艺示意图；

图中：1-上覆岩层，2-倾斜厚煤层，3-底板，4-环形运输通道，5-盘区工业广场，6-采硐1，7-采硐2，8-采硐3，9-连续采煤机，10-风筒，11-速连胶带运输单元I，12-速连胶带运输单元II，13-速连胶带运输单元III，14-步进式行走平台，15-移动式卸料部，16-采出煤炭资源，17-叉车，18-移动控制平台。

具体实施方式

一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，包括以下步骤，

S100～划分倾斜厚煤层：沿煤层倾斜线方向，由下往上每隔5～15m的垂直高度依次开设台阶式水平的盘区工业广场5；

S200～上、下相邻盘区工业广场5间设置环形运输通道4：盘区工业广场5处揭露煤层2并平整；

S300～在开采期间，盘区工业广场5区域上布设开采装备，每个台阶的盘区工业广场5处沿走向设置采硐。

在顶部盘区工业广场5的采硐6开采位置的外部，布设连续采煤机9、风筒10、速连胶带运输单元11、步进式行走平台14、移动式卸料部15和移动控制平台18；速连胶带运输单元11前端连接连续采煤机9的运输部尾部，整个速率胶带运输单元骑跨于步进式行走平台14的运输部的轨道上，形成搭接，步进式行走平台14的运输部尾部与移动式卸料部15搭接，由此构成完整的运输系统；风筒10吊挂于速连胶带运输单元II12、速连胶带运输单元III13以及步进式行走平台14之上，一端连接连续采煤机机身自带风机出风口，另一端连接步进式行走平台12尾部的通风除尘系统，形成沿采硐进风，风筒出风的抽出式通风系统。

S400～采硐内煤层开采：启动速连胶带运输单元11、步进式行走平台14、移动式卸料部15、移动控制平台18及连续采煤机9除尘风机后，连续采煤机9升起截割滚筒，由上往下截割煤岩；开采过程中，采硐内不进行支护，煤质坚硬时可留设顶煤，充分发挥煤体自承能力；完成截割循环后，连续采煤机9向前推进，速连胶带运输单元11一同向前滑移，探入开采一定距离后，当步进式行走平台14的运输部上可容纳速连胶带运输单元12时，停止采煤作业，由叉车将速连胶带运输单元12安放至步进式行走平台14的运输部轨道上，并与速连胶带运输单元11连接，延长运输系统；此后，在单元12上吊挂风筒10，并与前后风筒10快速连接，延长通风系统；采出煤炭资源16采用卡车通过上下盘区运输通道4或者当倾角较大时采用自溜运输运往指定存储位置。

S500～重复上述操作S400，达到指定采深后，停止前进，迅速撤出采硐内的开采装备；

S600～重复上述步骤S300、S400、S500，继续开采下一条采硐，直至完成盘区内所有采硐的开采；

S700～当前盘区开采完成后，所有开采装备通过上下盘区运输通道4运往下一盘区，重复步骤S300、S400、S500、S600，直至将所有规划的盘区全部开采完毕。

（1）开采工艺：沿煤层倾斜线方向，由下往上每隔5～15m的垂直高度依次开设水平的盘区工业广场，即1盘区、2盘区、3盘区……，直至倾斜煤层底部；上下盘区工业广场间铺设环形运输通道，便于煤炭运输与开采装备转移；连续采煤机等开采、运输、通风装备布设于盘区工业广场内，将开采、运输、通风系统安装与连接完成后，由连续采煤机沿煤层走向推进，完成破煤、装煤的工序，采硐内无需采取支护措施，速连胶带运输单元将连续采煤机采出煤炭由采硐内运出，并通过步进式行走平台与移动式卸料部将煤炭运移至指定区域，完成运煤工序。开采过程中速连胶带运输单元随连续采煤机的前进，前进一定长度之后，用叉车运输速连胶带运输单元，通过增加胶带运输单元延长运输长度，同时增加风筒，延长通风系统长度。达到指定采深后撤出采硐内所有装备，留设煤柱后，开采下一采硐；开采完成的采硐无需采空区处理；环形运输通道与盘区工业广场开设顺序为由下往上，盘区回采顺序为通常为由上往下，特殊情况由下往上回采时要留设上、下邻近盘区采硐间留设充足错距，采硐开采顺序为由内往外。

沿倾向方向上下台阶式推进，在盘区一侧设立台阶式平盘，相邻上下盘区螺旋布置外部运输线路，其坡度不超过10°，沿走向进行探入式回采采硐，采硐深度最大为500m。

每个平盘采硐数根据平盘宽度实际情况确定，通常为2个以上，采硐间不留或者少留煤柱。

由下往上开设上下盘区运输通道与盘区工业广场，有效减小开采初期的剥离量，降低外排土场占地面积与环保费用；由上往下依次开采盘区，避免蹬空开采，便于卡车运输或自溜运输；如遇特殊情况，采用由下往上开采盘区，上下盘区邻近采硐间留设3m～5m的错距；由内往外逐条开采采硐，提高安全性。

（2）工作面设备配置：本工作面主要设备包括连续采煤机1台、步进式行走平台1台、移动式卸料部1台、叉车1台、速连胶带运输单元、远程控制平台、风筒等；工作盘区形成后，其中，连续采煤机在采硐内进行采煤作业，机尾处连接速连胶带运输单元，延伸至步进式行走平台，通过步进式行走平台的运输部转载至移动式卸料部，形成连续运输系统；风筒的一端连接连续采煤机身自带风机出风口处，另一端延伸至步进式行走平台尾部的除尘系统，中间部分在速连胶带运输单元之上；远程控制平台用于集成电器系统、导航及稳定性监测系统，提高自动化程度、集成化程度；叉车用于转移运输速连胶带运输单元以及完成其他辅助运输工作。

（3）工作面主要技术参数：所述露天煤矿倾斜厚煤层探入式开采工艺中，采硐长度一般为≤500m，采硐宽度为连续采煤机截割宽度，一般为3.5m左右，采硐高度为1.3～5.5m，采硐间煤柱宽度0~1.5m。上下盘区间垂直距离10.0～15.0m。通常情况下为避免蹬空开采、便于运输采用自上往下回采顺序，即先开采位于上部盘区的采硐，特殊情况下也可采用自下往上开采顺序，但此时上下盘区邻近采硐应在水平位置上留设3m～5m的错距。

Claims (7)

1.一种露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100～划分倾斜厚煤层：沿煤层倾斜线方向，由下往上每隔5～15m的垂直高度依次开设台阶式水平的盘区工业广场（5）；

S200～上、下相邻盘区工业广场（5）间设置环形运输通道（4）：盘区工业广场（5）处揭露煤层（2）并平整；

S300～在开采期间，盘区工业广场（5）区域上布设开采装备，每个台阶的盘区工业广场（5）处沿走向设置采硐：

S400～采硐内煤层开采：

S500～重复上述操作S400，达到指定采深后，停止前进，迅速撤出采硐内的开采装备；

S600～重复上述步骤S300、S400、S500，继续开采下一条采硐，直至完成盘区内所有采硐的开采；

S700～当前盘区开采完成后，所有开采装备通过上下盘区运输通道（4）运往下一盘区，重复步骤S300、S400、S500、S600，直至将所有规划的盘区全部开采完毕。

2.根据权利要求1所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：相邻上、下相邻水平盘区间的环形运输通道（4），其坡度不超过10°。

3.根据权利要求2所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：每个水平盘区的采硐数为2个以上。

4.根据权利要求3所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：相邻的上、下水平盘区的邻近采硐间留设3m～5m的错距。

5.根据权利要求4所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：采硐深度为≤500m；采硐宽度为连续采煤机截割宽度；采硐高度为1.3～5.5m，采硐间煤柱宽度0~1.5m，上、下水平盘区间垂直距离10～15m。

6.根据权利要求5所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：所述的步骤S300中，在顶部盘区工业广场（5）的采硐（6）开采位置的外部，布设连续采煤机（9）、风筒（10）、速连胶带运输单元（11）、步进式行走平台（14）、移动式卸料部（15）和移动控制平台（18）；速连胶带运输单元（11）前端连接连续采煤机（9）的运输部尾部，整个速率胶带运输单元骑跨于步进式行走平台（14）的运输部的轨道上，形成搭接，步进式行走平台（14）的运输部尾部与移动式卸料部（15）搭接，由此构成完整的运输系统；风筒（10）吊挂于速连胶带运输单元II（12）、速连胶带运输单元III（13）以及步进式行走平台（14）之上，一端连接连续采煤机机身自带风机出风口，另一端连接步进式行走平台（12）尾部的通风除尘系统，形成沿采硐进风，风筒出风的抽出式通风系统。

7.根据权利要求6所述的露天煤矿大倾角厚煤层边帮煤的连续开采方法，其特征在于：所述的步骤S400中，启动速连胶带运输单元（11）、步进式行走平台（14）、移动式卸料部（15）、移动控制平台（18）及连续采煤机（9）除尘风机后，连续采煤机（9）升起截割滚筒，由上往下截割煤岩；开采过程中，采硐内不进行支护，煤质坚硬时可留设顶煤，充分发挥煤体自承能力；完成截割循环后，连续采煤机（9）向前推进，速连胶带运输单元（11）一同向前滑移，探入开采一定距离后，当步进式行走平台（14）的运输部上可容纳速连胶带运输单元（12）时，停止采煤作业，由叉车将速连胶带运输单元（12）安放至步进式行走平台（14）的运输部轨道上，并与速连胶带运输单元（11）连接，延长运输系统；此后，在单元（12）上吊挂风筒（10），并与前后风筒（10）快速连接，延长通风系统；采出煤炭资源（16）采用卡车通过上下盘区运输通道（4）或者当倾角较大时采用自溜运输运往指定存储位置。

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