CN112746844A - 一种薄煤层巷道侧面施工回采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，建立采煤机运动数学模型进行模拟：步骤2，根据步骤1中模拟结果，结合薄煤层开采巷道的控制原理，规划区块，进行巷道布置；步骤3、将采煤机布置在巷道内，采煤机相对位置设置运输槽，通过运输槽将回采煤运出。本发明解决了利用现有方法对于不能布置综采工作面的区域及边角煤，无法进行回采，导致资源的大量闲置和浪费的问题。
Description
技术领域
本发明属于煤矿回采技术领域，具体涉及一种薄煤层巷道侧面施工回采方法。
背景技术
薄煤层资源储量丰富且煤质较好，但由于薄煤层赋存不稳定，区内地质构造复杂，区内分布大量的断层构造，大量煤层被断层分割为不连续的大小不一的块段化煤层，在薄煤层工作面开采过程中，由于矸石量较大，使用薄煤层采煤机和运输机在有限的过煤空间存在较大挑战，因此对于受断层及风化影响而不能布置综采工作面的区域及边角煤，无法进行回采，导致资源的大量闲置和浪费，若使用传统的井工开采在技术上、市场上甚至在安全方面都存在有极大风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，解决了利用现有方法对于不能布置综采工作面的区域及边角煤，无法进行回采，导致资源的大量闲置和浪费的问题。
本发明所采用的技术方案为，一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，建立采煤机运动数学模型进行模拟：
步骤2，根据步骤1中模拟结果，结合薄煤层开采巷道的控制原理，规划区块，进行巷道布置；
步骤3、将采煤机布置在巷道内，采煤机相对位置设置运输槽，通过运输槽将回采煤运出。
本发明的特点还在于，
步骤1中首先对薄煤层采矿区域的地质条件、采煤工艺的适应性、综合经济效益进行分析，采用合适的力学模型对开采工作面及巷道覆岩运移规律及矿压显现特征进行分析计算。
步骤1利用PRO/E对采煤机进行运动仿真，根据各项参数以及参数变量模型，获得运动特征，利用MATLAB模拟分析不同参数下采煤机钻采工作的稳定性、钻进变化情况，通过参数选用适应的采煤机。
步骤1中采煤机选用螺旋钻式采煤机。
步骤2.1，采用区块段采煤方法，划定最优的回采工作面；区块段多布置在边角区域，工作面不采取支架支护，同时采用全部垮落法管理顶板；
步骤2.2，将薄煤层区块段划分为两巷，回采工作面的长度设定为20-30m，将回采设备布置在巷道中，区块段工作面形成一进一回全负压工作面，巷道围岩侧向和顶板进行支护；
步骤2.3，控制巷道和采空区围岩，选取巷道支护强度参数。
步骤2.3中在区块段回采时，根据步骤1中实验数据模拟以及对掘进巷道和回采工作面进行围岩应力及变形的原位实测情况，选择最优巷道支护强度参数。
步骤3、将螺旋钻式采煤机布置在两侧巷道内，每台螺旋钻式采煤机的螺旋钻头长度为10米，两台相向布置，每台螺旋钻式采煤机相对位置设置运输槽，通过运输槽将回采煤运出。
步骤3中两台螺旋钻式采煤机布置生产过程中，回风巷采煤机落后掘进采煤机不小于1-2个循环。
步骤3中掘进采煤机和回风巷采煤机都包括两个螺旋钻杆，分别为割煤钻杆和拾煤钻杆，拾煤钻杆每一个循环即每隔0.5m，留一个0.5m高的煤柱，拾煤钻杆在两煤柱之间拾煤。
步骤3中螺旋钻式采煤机的钻头选用直径525mm，煤机钻进速度控制为0.5m/min-2m/min，功率为300KW，钻机每小时可采煤量为Q＝60vπR2rK；Q为每小时可采煤量，v为煤机钻进速度，R为钻头半径，r为煤的容重为，K为煤机影响变量。
本发明的有益效果：本发明一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，适应性强，能够适应不同倾角的煤层，极大地改善了工人的劳动条件和劳动环境，安全性好；螺旋钻式采煤机实现破煤、装煤、运煤工序，简化了回采工艺，自动化程度高，生产效率高。
附图说明
图1是本发明一种薄煤层巷道侧面施工回采方法中布置图；
图中，1.回风巷采煤机，2.割煤钻杆，3.运输槽，4.拾煤钻杆，5.采煤机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种薄煤层巷道施工回采方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，建立采煤机运动数学模型进行模拟：
步骤1中首先对薄煤层采矿区域的地质条件、采煤工艺的适应性、综合经济效益进行分析，采用合适的力学模型对开采工作面及巷道覆岩运移规律及矿压显现特征进行分析计算；
利用PRO/E对采煤机进行运动仿真，根据各项参数以及参数变量模型，获得运动特征，利用MATLAB模拟分析不同参数下采煤机钻采工作的稳定性、钻进变化情况，通过参数选用适应的采煤机。
步骤1中根据地质构造影响，采煤机灵活应用方便，选用螺旋钻式采煤机使采煤面煤岩的识别和钻具有效纠偏控制，保证薄煤层高速自动安全开采。
步骤2，根据步骤1中模拟结果，结合薄煤层开采巷道的控制原理，规划区块，进行巷道布置。
根据步骤1中选用的采煤机的功率以及采煤机的钻杆长度，根据地质条件合理设计工作面布置长度。
步骤2.1，采用区块段采煤方法，划定最优的回采工作面；区块段多布置在边角区域，工作面不采取支架支护，同时采用全部垮落法管理顶板，工作面回撤、安装灵活。
步骤2.2，将薄煤层区块段划分为两巷，回采工作面的长度设定为20-30m，将回采设备布置在巷道中，区块段工作面形成一进一回全负压工作面，通风系统稳定。巷道围岩侧向和顶板进行支护，使巷道内顶板不易垮落，工作面无需支护，最大工效进行工作面回采，满足生产要求。
步骤2.3，控制巷道和采空区围岩，选取巷道支护强度参数。煤柱和围岩稳定性的掌握有利于钻采的矿压控制。
步骤2.3中在区块段回采时，根据步骤1中实验数据模拟以及对掘进巷道和回采工作面进行围岩应力及变形的原位实测情况，选择最优巷道支护强度参数，提高掘进效率，减少支护材料费用，降低工人作业强度。
步骤3、将采煤机布置在巷道内，采煤机相对位置设置运输槽3，通过运输槽3将回采煤运出。
步骤3中将螺旋钻式采煤机布置在两侧巷道内，每台螺旋钻式采煤机的螺旋钻头长度为10米，两台相向布置，每台螺旋钻式采煤机相对位置设置运输槽3，通过运输槽3将回采煤运出。步骤3中两台螺旋钻式采煤机布置生产过程中，回风巷采煤机5落后掘进采煤机1不小于1-2个循环，保证通风系统稳定。
掘进采煤机1和回风巷采煤机5都包括两个螺旋钻杆，分别为割煤钻杆2和拾煤钻杆4，割煤钻杆2负责回采钻煤，拾煤钻杆4负责拾煤，通过两根钻杆相互协调，保证工作面顺利回采。拾煤钻杆4每一个循环即每隔0.5m，留一个0.5m高的煤柱，拾煤钻杆4在两煤柱之间拾煤，保证割煤钻杆4钻进的煤能够不浪费的回收。
步骤3中螺旋钻式采煤机的钻头选用直径525mm，煤机钻进速度控制为0.5m/min-2m/min，功率为300KW，钻机每小时可采煤量为Q＝60vπR2rK；Q为每小时可采煤量，v为煤机钻进速度，R为钻头半径，r为煤的容重为，K为煤机影响变量；
由于回采周期较短，布置长工作面可以进行分段回采，回采过程中顶板跟进垮落，回采后的顶板易进行管理，通过掘进过程中对支护强度优化，节省支护材料费用，巷道服务年限相应缩短。
本发明一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，合理布置，区块段煤炭资源得到合理回采，工作面回采高产高效，减少资源浪费，提高煤炭资源回收率、矿井综合社会经济效益具有重大意义。
实施例
经济效益分析
回采煤量效益：螺旋钻式采煤机钻进速度v控制为1.5m/min，钻头选用525mm。钻机每小时可采煤量为Q＝60vπR2rK；Q为每小时可采煤量；v为煤机钻进速度控制为1.5m/min；R为钻头半径0.525/2m；r为煤的容重为1.35t/m3；K为煤机影响变量，延钻头以及更换煤机钻孔，此处取值0.9；根据回采工艺计算Q＝60*1.5*3.14*(0.525/2)2*1.35*0.9；经过两个小时检修8点班、4点班，则每天生产14小时，每台采煤机每天可生产336吨，两巷布置两台采煤机一个圆班可生产672吨，每月可采煤量20160吨，根据目前煤价246元/吨，一个月30天生产煤量为20160吨，总值为495.936万元。
成本费用支出：采煤机每台功率为300KW，根据煤机有效效率按照经验值取值为0.85，所以每小时耗电255度，两台采煤机每天14小时按耗电量为7140度，目前电费为0.54元，每天电费约为3856元，每月费用约为115680元；人工费每台采煤机圆班人工6人，两台共计所用人工为12人，每人每月工资费用约为1.2万元，人工成本费用总计14.4万元。成本主要为电费和人工费，电费每月约为11.6万元，人工费用约为14.4万元，共计费用为26万元。
本发明一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，形成煤矿矿井独特的区块段回采工艺，适应性强，能够适应不同倾角的煤层，极大地改善了工人的劳动条件和劳动环境，安全性好；螺旋钻式采煤机实现破煤、装煤、运煤工序，简化了回采工艺，自动化程度高，生产效率高，为煤矿安全高效开采提供理论依据和技术依据。
Claims (10)
1.一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，建立采煤机运动数学模型进行模拟：
步骤2，根据步骤1中模拟结果，结合薄煤层开采巷道的控制原理，规划区块，进行巷道布置；
步骤3、将采煤机布置在巷道内，采煤机相对位置设置运输槽(3)，通过运输槽(3)将回采煤运出。
2.根据权利要求1所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤1中首先对薄煤层采矿区域的地质条件、采煤工艺的适应性、综合经济效益进行分析，采用合适的力学模型对开采工作面及巷道覆岩运移规律及矿压显现特征进行分析计算。
3.根据权利要求2所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤1利用PRO/E对采煤机进行运动仿真，根据各项参数以及参数变量模型，获得运动特征，利用MATLAB模拟分析不同参数下采煤机钻采工作的稳定性、钻进变化情况，通过参数选用适应的采煤机。
4.根据权利要求3所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤1中采煤机选用螺旋钻式采煤机。
5.根据权利要求1所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤2.1，采用区块段采煤方法，划定最优的回采工作面；区块段多布置在边角区域，工作面不采取支架支护，同时采用全部垮落法管理顶板；
步骤2.2，将薄煤层区块段划分为两巷，回采工作面的长度设定为20-30m，将回采设备布置在巷道中，区块段工作面形成一进一回全负压工作面，巷道围岩侧向和顶板进行支护；
步骤2.3，控制巷道和采空区围岩，选取巷道支护强度参数。
6.根据权利要求5所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤2.3中在区块段回采时，根据步骤1中实验数据模拟以及对掘进巷道和回采工作面进行围岩应力及变形的原位实测情况，选择最优巷道支护强度参数。
7.根据权利要求1所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤3、将螺旋钻式采煤机布置在两侧巷道内，每台螺旋钻式采煤机的螺旋钻头长度为10米，两台相向布置，每台螺旋钻式采煤机相对位置设置运输槽(3)，通过运输槽(3)将回采煤运出。
8.根据权利要求7所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤3中两台螺旋钻式采煤机布置生产过程中，回风巷采煤机(5)落后掘进采煤机(1)不小于1-2个循环。
9.根据权利要求8所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤3中掘进采煤机(1)和回风巷采煤机(5)都包括两个螺旋钻杆，分别为割煤钻杆(2)和拾煤钻杆(4)，拾煤钻杆(4)每一个循环即每隔0.5m，留一个0.5m高的煤柱，拾煤钻杆(4)在两煤柱之间拾煤。
10.根据权利要求9所述的一种薄煤层巷道侧面施工回采方法，其特征在于，所述步骤3中螺旋钻式采煤机的钻头选用直径525mm，煤机钻进速度控制为0.5m/min-2m/min，功率为300KW，钻机每小时可采煤量为Q＝60vπR2rK；Q为每小时可采煤量，v为煤机钻进速度，R为钻头半径，r为煤的容重为，K为煤机影响变量。
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