CN112901170B - 一种共享工作面的煤铝联采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共享工作面的煤铝联采方法，适应于坚硬煤层顶板条件下，薄煤层在上、铝土矿层在下的共生地层。在设计区段的下部开设有区段运输平巷，在设计区段的上部开设有区段轨道平巷，通过共享工作面进行煤炭和铝矿石的分采、分送；在共享工作面的前端，布置开采上层薄煤层的采煤工作面，在其后端布置开采下层铝矿石的采铝工作面，同时，在两个工作面中分别布置运煤刮板运输机、运铝刮板运输机，将煤炭和铝矿石分别运送至区段运输平巷内各自的煤炭转载机和铝矿石转载机上，分别运至运煤上山和运铝上山并向外运出。采用该方法，可省掉分别开采煤炭和铝矿石时的一套区段巷道系统，节省投资及减少巷道工程量。

Description

一种共享工作面的煤铝联采方法
技术领域
本发明属于煤矿地下开采技术领域，特别是涉及一种共享工作面的煤铝联采方法，尤其适用于坚硬顶板条件下，薄煤层在铝土矿床之上的缓倾斜地层共采煤铝的工作面。
背景技术
根据我国地壳岩层的分布规律，在我国中原地带的大多数煤田中，二1煤层是主采煤层；在二1煤层之下50~80米距离内是赋存较稳定的一1煤层，一1煤层的厚度在1.0米左右；其顶板是厚度15~30米厚的石灰岩岩层，通常工作面采过后，采空区顶板十几米不跨落，其底板是1.0~1.5米厚的铝土矿岩层。在以前的开采中，都是先采出一1煤层，待顶板完全跨落，塌实后再另开系统开采铝土矿层。由于开采时间不同，开采铝土矿层时，必须另建回采系统，且顶板为再生顶板，支护困难。不仅费用增加，而且分别开采时回采空间小，采矿难度较大，开采出的铝土矿含矸率高等缺点。而对于缓倾斜矿层来说，如何快而省的采出煤炭资源和铝矿石资源是该领域的技术人员一直探索的一个问题。
技术问题
根据煤岩层地质参数分布规律可知，一1煤层的赋存比较稳定，基本都在1米左右，是煤系地层中厚度变化较小的一层煤层。由于该煤层厚度薄，且顶板坚硬，不适应综采支架的支护方式，故目前大多数煤矿在开采一1煤层时都采用炮采或普通机采的回采工艺。而对于铝矿层来说，由于该层矿体位于地层深部，都是未氧化的原矿层，其铝矿石的硬度系数f在8以上，只能用放炮破碎的工艺进行开采。鉴于以上原因，采用分层炮采、煤铝联采共享工作面，煤、铝分开运输的工艺形式是快而省采出煤和铝的一种较佳方法。采用该方法的基本形式和工艺为：将煤铝联采共享工作面布置成走向长壁工作面，在工作面的下部设置一条较宽的区段运输平巷，并在其中分别设置运煤可伸缩胶带运输机、运铝可伸缩胶带运输机和行人通道；在煤铝联采共享工作面的开采中先将上部的薄煤层布置采煤工作面超前开采一段距离，采用与煤层厚度相适应的低单体液压支柱配合铰接顶梁进行煤层顶板支护，且在该段距离内布置运煤刮板运输机，将后续开采的煤炭下运至区段运输平巷内的运煤可伸缩胶带运输机上外运。然后在下部的铝矿层布置采铝工作面，采用与铝矿层和煤层相加厚度相适应的高单体液压支柱，配合铰接顶梁进行支护，且采铝工作面中高单体液压支柱所配的铰接顶梁与采煤工作面中低单体液压支柱所配的铰接顶梁的规格及参数一致，以便在开采过程中进行互换。在采铝工作面内另外设置有运铝刮板运输机，将后续开采的铝矿石下运至区段运输平巷内的运铝可伸缩胶带运输机上外运。正常开采时，上部的采煤工作面超前一个回采工艺距离向前推进，只要放炮时间错开，可同时进行煤炭和铝矿石的装运及顶板的支护工作。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种共享工作面的煤铝联采方法，解决现有矿井无法同时回采煤炭资源和铝矿石资源的问题。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种共享工作面的煤铝联采方法，包括以下步骤：
第一步：在缓倾斜地层设计区段的走向中间或一侧位置的薄煤层及铝土矿层中开设有三条采区上山，相邻两条采区上山之间的间距设置为15米～20米，三条采区上山分别为运煤上山、轨道上山、运铝上山；
第二步：在缓倾斜地层设计区段的下部开设有区段运输平巷，在缓倾斜地层设计区段的上部开设有区段轨道平巷，区段运输平巷和区段轨道平巷之间开设有煤铝联采共享工作面；
第三步：在区段运输平巷的一侧铺设铝矿石转载机和运铝可伸缩胶带运输机，在区段运输平巷的另一侧铺设煤炭转载机和运煤可伸缩胶带运输机，运铝可伸缩胶带运输机和运煤可伸缩胶带运输机之间设有行人通道，在区段轨道平巷中铺设运料轨道且在区段轨道平巷中安设液压泵站。
第四步：在煤铝联采共享工作面的前端布置上层开采薄煤层的采煤工作面，其采煤工作面的开采工艺采用炮采开采或薄煤层采煤机进行机采开采，人工装煤，采煤工作面的煤层顶板支护形式采用低单体液压支柱与铰接顶梁相配合，支护高度与薄煤层的采煤厚度相等，支护宽度为2～3米。
第五步：在煤铝联采共享工作面的后端布置下层开采铝土矿层的采铝工作面，采铝工作面的开采工艺采用炮采开采，人工装铝矿石，采铝工作面的支护形式采用高单体液压支柱与铰接顶梁相配合，支护高度为薄煤层的厚度与铝土矿层的厚度之和，支护宽度为2～3米。
第六步：随着上层采煤工作面的向前推进一排距离，采煤工作面后排的低单体液压支柱卸掉后向煤壁方向的前排进行支护，交替循环进行。
第七步：在采煤工作面内设置运煤刮板运输机，将炮采开采或薄煤层采煤机机采开采落下的煤炭从采煤工作面自上而下拉至区段运输平巷内的煤炭转载机上。
第八步：在采铝工作面内设置运铝刮板运输机，将炮采开采落下的铝矿石自上而下拉至区段运输平巷内的铝矿石转载机上。
第九步：当上层的采煤工作面向前推进一排距离后，下层的采铝工作面也向前推进同样的距离。
第十步：当采铝工作面后排的高单体液压支柱卸掉之后，将卸下的铰接顶梁移至上层的采煤工作面前方配合低单体液压支柱进行支护，同时进行采铝工作面后方采空区顶板的放顶工作，当遇到坚硬难放顶无法放顶时，也可以采用放炮崩落的强制放顶方法，以保证煤铝联采共享工作面的向前安全推进。
优选地，采煤工作面的煤层顶板支护形式中，在坚硬不易垮落的煤层顶板条件下，也可以采用在煤层顶板与煤层底板之间打点柱的支护形式。
优选地，所述低单体液压支柱配合使用的铰接顶梁规格及参数与高单体液压支柱配合使用的铰接顶梁的规格及参数相一致。
优选地，所述低单体液压支柱的支护高度为0.7～1.2米，高单体液压支柱的支护高度为1.5～2.2米，铰接顶梁的长度为0.8～1.2米。
优选地，所述运煤刮板运输机的机头下方设置有支撑架。
本发明的权利要求书和说明书中：所述的区段运输平巷内侧，是指巷道靠近工作面的一侧；所述的向前、前排、前端，均指工作面推进的方向或位置；所述的后方、后排、后端，均指工作面采空区的方向或位置；所述的向下，是指朝向区段运输平巷的方向；所述的上部，是指倾缓斜地层高端方向的部位；所述的下部，是指缓倾斜地层低端方向的部位。
本发明的有益效果：
（1）由于采用煤铝联采共享工作面，使得在坚硬顶板条件下共采煤炭和铝矿石时省掉了一套巷道系统，节约了经济成本投资，减少了巷道掘进量。
（2）采用共用的轨道上山及区段轨道平巷，使运料系统合理集中，有利于减少辅助人员，节约生产费用。
（3）采用共用的区段运输平巷，使运输设备集中管理，一个人可同时控制和管理两套运输设备，节约人工成本。
（4）采煤时产生的瓦斯和炮烟由近风流带走，采铝矿石时不产生瓦斯，只产生炮烟且由远风流带走，可达到最佳的风流利用效果。
（5）煤铝联采共享工作面通过合理安排采煤和采铝矿石的生产工艺，比如：在煤层上打炮眼时，工人可进行铝矿石的装运及顶板支护工作；铝矿石层打炮眼时，工人可进行煤炭的装运及顶板支护工作；同时，机修工、电工等辅助人员可相应减少，使工作面的人均效益更高。
附图说明
图1为本发明实施例中区段巷道的平面示意图；
图2为本发明实施例中煤铝联采共享工作面平面及主要机械设备布置示意图；
图3为图2中A-A剖面示意图；
图4为图2中B-B剖面示意图。
附图标记
1、运铝上山；2、运煤上山；3、轨道上山；4、区段轨道平巷；5、煤铝联采共享工作面；6、溜煤眼；7、区段运输平巷；8、采空区顶板；9、运煤刮板运输机；10、低单体液压支柱；11、铰接顶梁；12、薄煤层；13、铝土矿层；14、运铝刮板运输机；15、高单体液压支柱；16、运料轨道；17、运铝可伸缩胶带运输机；18、铝矿石转载机；19、行人通道；20、运煤可伸缩胶带运输机；21、煤炭转载机；22、液压泵站；23、运煤刮板运输机机头；24、支撑架；25、采煤工作面；26、采铝工作面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
以一个倾角18～20°的缓倾斜煤铝共生地层，薄煤层在上、铝土矿层在下，煤层厚度为0.9米，铝矿石层厚度为1米的地质条件为具体实施例。
如图1～图4所示，本发明提供了一种共享工作面的煤铝联采方法，包括以下步骤：
第一步：在缓倾斜地层设计区段的走向中间或一侧位置的薄煤层12及铝土矿层13中开设有三条采区上山，相邻两条采区上山之间的间距设置为15米～20米，三条采区上山分别为运煤上山2、轨道上山3、运铝上山1。
第二步：在缓倾斜的地层设计区段的下部开设有区段运输平巷7，在缓倾斜的地层设计区段的上部开设有区段轨道平巷4，区段运输平巷7和区段轨道平巷4之间开设有煤铝联采共享工作面5。
第三步：在区段运输平巷7的内侧铺设铝矿石转载机18和运铝可伸缩胶带运输机17，在区段运输平巷7的外侧铺设煤炭转载机21和运煤可伸缩胶带运输机20，运铝可伸缩胶带运输机17和运煤可伸缩胶带运输机20之间设有行人通道19，在区段轨道平巷4中铺设运料轨道16且在区段轨道平巷4中安设液压泵站22；
第四步：在煤铝联采共享工作面5的前端布置上层开采薄煤层12的采煤工作面25，其采煤工作面25的开采工艺采用炮采开采，人工装煤，采煤工作面25的煤层顶板支护形式采用低单体液压支柱10与铰接顶梁11相配合，低单体液压支10柱的最小支护高度为0.7米，铰接顶梁11的长度为1米，支护高度同薄煤层12的厚度0.9米，支护宽度为2～3米；
第五步：在煤铝联采共享工作面5的后端布置下层开采铝土矿层13的采铝工作面26，采铝工作面26的开采工艺采用炮采开采，人工装铝矿石，采铝工作面26的支护形式采用高单体液压支柱15与铰接顶梁11相配合，高单体液压支柱15的最小支护高度为1.8米，铰接顶梁11的长度为1米，支护高度同薄煤层12的与铝土矿层13的厚度之和为1.9米，支护宽度为2～3米；
第六步：随着上层采煤工作面25的向前推进一排距离，采煤工作面25后排的低单体液压支柱10卸掉后向煤壁方向的前排进行支护，交替循环进行；
第七步：在采煤工作面25内设置运煤刮板运输机9，将炮采开采或薄煤层采煤机机采开采落下的煤炭从采煤工作面25自上而下拉至区段运输平巷7内的煤炭转载机21上；
第八步：在采铝工作面26内设置运铝刮板运输机14，将炮采开采落下的铝矿石自上而下拉至区段运输平巷7内的铝矿石转载机18上；
第九步：当上层的采煤工作面25向前推进一排距离后，下层的采铝工作面26也向前推进同样的距离；
第十步：当采铝工作面26后排的高单体液压支柱15卸掉之后，将卸下的铰接顶梁11移至上层的采煤工作面25前方配合低单体液压支柱10进行支护，同时进行采铝工作面26后方采空区顶板8的放顶工作，当遇到坚硬难放顶无法放顶时，也可以采用放炮崩落的强制放顶方法，以保证煤铝联采共享工作面5的向前安全推进。
所述采煤工作面25的煤层顶板支护形式中，在坚硬不易垮落的煤层顶板条件下，也可以采用在煤层顶板与煤层底板之间打点柱的支护形式。
所述低单体液压支柱10配合使用的铰接顶梁11规格及参数与高单体液压支柱15配合使用的铰接顶梁11的规格及参数相一致。
该实施例中，下层采铝工作面26采出的铝矿石由运铝刮板运输机14拉至区段运输平巷7内的铝矿石转载机18上，转载至区段运输平巷7内的运铝可伸缩胶带运输机17上，拉至运铝上山1，并通过运铝上山1向外运出。
上层采煤工作面25采出的煤炭由运煤刮板运输机9拉至区段运输平巷7内的煤炭转载机21上，转载至区段运输平巷7内的运煤可伸缩胶带运输机20上，拉至与运煤上山2相连通的溜煤眼6中，并通过运煤上山2向外运出。由于区段运输平巷7内的运煤刮板运输机9需跨过铝矿石转载机18，悬空设置的运煤刮板运输机机头23下方设置有支撑架24。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。

Claims (5)

1.一种共享工作面的煤铝联采方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：在缓倾斜地层设计区段的走向中间或一侧位置的薄煤层及铝土矿层中开设有三条采区上山，相邻两条采区上山之间的间距设置为15米～20米，三条采区上山分别为运煤上山、轨道上山、运铝上山；
第二步：在缓倾斜地层设计区段的下部开设有区段运输平巷，在缓倾斜地层设计区段的上部开设有区段轨道平巷，区段运输平巷和区段轨道平巷之间开设有煤铝联采共享工作面；
第三步：在区段运输平巷的一侧铺设铝矿石转载机和运铝可伸缩胶带运输机，在区段运输平巷的另一侧铺设煤炭转载机和运煤可伸缩胶带运输机，运铝可伸缩胶带运输机和运煤可伸缩胶带运输机之间设有行人通道，在区段轨道平巷中铺设运料轨道且在区段轨道平巷中安设液压泵站；
第四步：在煤铝联采共享工作面的前端布置上层开采薄煤层的采煤工作面，其采煤工作面的开采工艺采用炮采开采或采用薄煤层采煤机进行机采开采，人工装煤，采煤工作面的煤层顶板支护形式采用低单体液压支柱与铰接顶梁相配合，支护高度与薄煤层的采煤厚度相等，支护宽度为2～3米；
第五步：在煤铝联采共享工作面的后端布置下层开采铝土矿层的采铝工作面，采铝工作面的开采工艺采用炮采开采，人工装铝矿石，采铝工作面的支护形式采用高单体液压支柱与铰接顶梁相配合，支护高度为薄煤层的厚度与铝土矿层的厚度之和，支护宽度为2～3米；
第六步：随着上层采煤工作面的向前推进一排距离，采煤工作面后排的低单体液压支柱卸掉后向煤壁方向的前排进行支护，交替循环进行；
第七步：在采煤工作面内设置运煤刮板运输机，将炮采开采或薄煤层采煤机机采开采落下的煤炭从采煤工作面自上而下拉至区段运输平巷内的煤炭转载机上；
第八步：在采铝工作面内设置运铝刮板运输机，将炮采开采落下的铝矿石从采铝工作面自上而下拉至区段运输平巷内的铝矿石转载机上；
第九步：当上层的采煤工作面向前推进一排距离后，下层的采铝工作面也向前推进同样的距离；
第十步：当采铝工作面后排的高单体液压支柱卸掉之后，将卸下的铰接顶梁移至上层的采煤工作面前方配合低单体液压支柱进行支护，同时进行采铝工作面后方采空区顶板的放顶工作，当遇到坚硬难放顶无法放顶时，采用放炮崩落的强制放顶方法，以保证煤铝联采共享工作面的向前安全推进。
2.根据权利要求1所述的一种共享工作面的煤铝联采方法，其特征在于：所述采煤工作面的煤层顶板支护形式中，在坚硬不易垮落的煤层顶板条件下，采用在煤层顶板与煤层底板之间打点柱的支护形式。
3.根据权利要求1所述的一种共享工作面的煤铝联采方法，其特征在于：所述低单体液压支柱配合使用的铰接顶梁规格及参数与高单体液压支柱配合使用的铰接顶梁的规格及参数相一致。
4.根据权利要求1所述的一种共享工作面的煤铝联采方法，其特征在于：所述低单体液压支柱的支护高度为0.7～1.2米，高单体液压支柱的支护高度为1.5～2.2米，铰接顶梁的长度为0.8～1.2米。
5.根据权利要求1所述的一种共享工作面的煤铝联采方法，其特征在于：所述运煤刮板运输机的机头下方设置有支撑架。
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