CN113153301A - 一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，沿煤层走向将采区划分若干阶段，在每一阶段的底部布置一个放顶煤工作面，在所述放顶煤工作面上布置放顶煤成套装备，通过所述放顶煤成套装备对本阶段放顶煤工作面进行放顶煤开采，在本阶段放顶煤工作面开采完后，将所述放顶煤成套装备搬运至下一阶段放顶煤工作面安装运行。本发明能够解决目前绝大多数开采方法安全出口单一的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤层开采技术领域，特别涉及一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法。
背景技术
煤层倾角50-90°、厚度3-15m急倾斜煤层，此类煤层经过剧烈的地质构造运动，在强大的外力作用下地层发生起伏变化，导致倾角增大。因此大部分煤层变质程度较高，煤质优良，但是也带来了高瓦斯，甚至于具有突出危险性；
目前我国针对煤层倾角50-90°、厚度3-15m的急倾斜煤层的开采方法主要有伪倾斜柔性掩护支架采煤方法、台阶法采煤方法、仓储式采煤方法、斜坡法采煤方法、高低巷小阶段放顶煤采煤方法等，这些开采方法普遍存在机械化程度低的情况。
发明内容
本发明提供一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，用以解决本方法涉及煤层放顶煤2个安全出口和全风压通风的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，包括：沿煤层走向将采区划分若干阶段，在每一阶段的底部布置一个放顶煤工作面，在所述放顶煤工作面上布置放顶煤成套装备，通过所述放顶煤成套装备对本阶段放顶煤工作面进行放顶煤开采，在本阶段放顶煤工作面开采完后，将所述放顶煤成套装备搬运至下一阶段放顶煤工作面安装运行；
在所述若干阶段底部同一水平面布置运输顺槽和底板岩石回风巷，运输顺槽尾端布置放顶煤工作面，所述放顶煤工作面包括所述放顶煤成套装备，并由若干个联络巷联通运输顺槽和底板岩石回风巷，其中末端联络巷开启工作，其它超前联络巷风门关闭。
优选的，所述放顶煤开采包括工作面落煤、放顶煤落煤、煤炭运输和工作面支护，整个开采过程通过所述放顶煤成套装备分步距循环推进，所述放顶煤开采过程中随着所述放顶煤工作面的推进，工作面后方的联络巷因为垮落而封堵，同步超前开掘新的所述联络巷。
优选的，所述放顶煤成套装备包括前排液压支架、后排放顶煤液压支架、转弯刮板转载机、推移梁、架间推移千斤顶、支架推移千斤顶、单体液压支柱配合巷道支架、端头放顶煤液压支架、前端头液压支架、拉溜链条、破碎机、泵站、供电、电控和可伸缩胶带运输机；
所述前排液压支架和所述前端头液压支架组成前排液压支架组，且通过所述支架推移千斤顶和所述推移梁与所述转弯刮板转载机连接，实现所述前排液压支架组和所述转弯刮板转载机的整体移动，所述端头放顶煤液压支架与若干所述后排放顶煤液压支架组成后排支架组，所述前排液压支架组和所述后排支架组通过所述架间推移千斤顶和拉杆相连，所述转弯刮板转载机后部通过所述拉溜链条与所述推移梁连接，所述放顶煤工作面前方采用所述单体液压支柱配合巷道支架形成超前加强支护，确保工作面安全空间，所述破碎机搭载在所述转弯刮板转载机上，并与所述运输顺槽的所述可伸缩胶带运输机搭接组成原煤运输线；
所述泵站、所述供电和所述电控放置在工作面入口处。
优选的，所述前排液压支架组、所述支架推移千斤顶与铰接组装的整体式推移梁连接，通过三者之间的相互顶推和牵引实现行走功能，该所述铰接组装整体式推移梁是由若干个小推移框架组成，且通过销轴连接，并可以根据所述前排液压支架组的数量调整长度。
优选的，所述放顶煤落煤工序完成后，操作所述前排液压支架组，使支架推移千斤顶顶推推移梁和拉溜链条将转弯刮板转载机向前推移一个步距。
为保证了所述运输顺槽、所述底板岩石回风巷和所述联络巷形成全风压U型通风。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明放顶煤工作面布置平面图。
图2为本发明的放顶煤工作面布置纵向剖面图。
图3为本发明放顶煤工作面布置横向剖面图。
图4为本发明的巷道布置平面图1。
图5为本发明的巷道布置剖面图1。
图6为本发明的巷道布置平面图2。
图7为本发明的巷道布置剖面图2。
图8为本发明的巷道布置平面图3。
图9为本发明的巷道布置剖面图3。
图中：1、前排液压支架；2、后排放顶煤液压支架；3、转弯刮板转载机；4、推移梁；5、架间推移千斤顶；6、支架推移千斤顶；7、单体液压支柱配合巷道支架；8、端头放顶煤液压支架；9、前端头液压支架；10、拉溜链条；11、破碎机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本发明实施例提供了一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，如图1-9所示，包括：沿煤层走向将采区划分若干阶段，在每一阶段的底部布置一个放顶煤工作面，在所述放顶煤工作面上布置放顶煤成套装备，通过所述放顶煤成套装备对本阶段放顶煤工作面进行放顶煤开采，在本阶段放顶煤工作面开采完后，将所述放顶煤成套装备搬运至下一阶段放顶煤工作面安装运行；
在所述若干阶段底部同一水平面布置运输顺槽和底板岩石回风巷，运输顺槽尾端布置放顶煤工作面，所述放顶煤工作面包括所述放顶煤成套装备，并由若干个联络巷联通运输顺槽和底板岩石回风巷，其中末端联络巷开启工作，其它超前联络巷风门关闭；
优选的，采区划分如下：
放顶煤工作面沿煤层走向按阶段划分，每15-20m(根据煤层可放行和回收率具体确定)一个阶段，由上往下按顺序开采。每一个阶段的底部掘进形成工作面，高度2.5-3.5m宽度根据煤层厚度和设备配套尺寸确定。本阶段开采过程中即可准备下一阶段工作面，依次往下开采，根据煤层厚度、煤体强度和稳定性，放顶煤工作面巷道布置方式分为三种形式：
工作面巷道布置方法一：如图4巷道布置平面图1(3-7米厚度稳定煤层)和图5巷道布置剖面图1(3-7米厚度稳定煤层)所示，煤层坚硬、稳定性好，厚度在3-7米之间时，所述运输顺槽掘进时半煤岩截割部分顶底板全煤厚度一次掘进形成工作面，在底板岩石内布置回风巷，形成所述底板岩石回风巷，与工作面之间用联络巷联通后即形成一个2个安全出口、全风压U型通风的工作面；
工作面巷道布置方法二：如图6巷道布置平面图2(3-7米厚度破碎煤层)和图7巷道布置剖面图2(3-7米厚度破碎煤层)所示，煤层松软，节理裂隙发育、稳定性差，厚度在3-7米之间时，所述运输顺槽掘进时半煤岩截割部分顶板，巷道宽度根据运输设备等布置需要确定，剩余部分煤层通过二次超前掘进达到煤层全厚度宽度形成工作面，在底板岩石内布置回风巷，形成所述底板岩石回风巷，与工作面之间用联络巷联通后即形成一个2个安全出口、全风压U型通风的工作面；
工作面巷道布置方法三：如图8巷道布置平面图3(7米厚度以上煤层)和图9巷道布置剖面图3(7米厚度以上煤层)所示，煤层厚度在7米以上时，所述运输顺槽紧跟顶板掘进半煤岩截割部分顶板，巷道宽度根据运输设备等布置需要确定，回风顺槽紧跟底板掘进时半煤岩截割部分底板板，巷道宽度根据通风需求确定，这种布置的主要特征是运输和回风顺槽均在煤层中布置，两顺槽之间保留煤柱，煤柱选用特种落煤机械切割落煤，推移梁前方铺设轻型刮板运输机运输。
上述技术方案的有益效果为：在所述若干阶段底部同一水平面布置运输顺槽和底板岩石回风巷，运输顺槽尾端布置放顶煤工作面，所述放顶煤工作面包括所述放顶煤成套装备，并由若干个联络巷联通运输顺槽和底板岩石回风巷，其中末端联络巷开启工作，其它超前联络巷风门关闭，使所述放顶煤工作面具备两个可靠实用的安全出口，实现真正意义全风压U型通风，全风压U型通风岩柱或者煤柱将进风的所述运输顺槽和底板岩石回风巷隔开，避免漏风危险，健全了通风系统，实现急倾斜煤层的安全开采，所述底板岩石回风巷的设计，使采煤工作面的两个安全出口更加实用可靠，解决了开采安全系数较低的技术问题，同时沿煤层走向将采区划分若干阶段的划分方法和所述放顶煤成套装备的设计实现了支护和放煤机械化、降低了工人的劳动强度的同时保证了急倾斜煤层的高效开采，放顶煤工作面巷道布置方式分为三种工作面巷道布置方法，可以将工作面每月单产提高到2-5万吨，相较于目前的急倾斜煤层采煤方法相比回收率可提高20-30％。
实施例2
在上述实施例1的基础上，如图4-9所示，所述放顶煤开采包括工作面落煤、放顶煤落煤、煤炭运输和工作面支护，整个开采过程通过所述放顶煤成套装备分步距循环推进，所述放顶煤开采过程中随着所述放顶煤工作面的推进，工作面后方的联络巷因为垮落而封堵，同步超前开掘新的所述联络巷；
所述放顶煤成套装备包括前排液压支架1、后排放顶煤液压支架2、转弯刮板转载机3、推移梁4、架间推移千斤顶5、支架推移千斤顶6、单体液压支柱配合巷道支架7、端头放顶煤液压支架8、前端头液压支架9、拉溜链条10、破碎机11、泵站、供电、电控和可伸缩胶带运输机；
所述前排液压支架1和所述前端头液压支架9组成前排液压支架组，且通过所述支架推移千斤顶6和所述推移梁4与所述转弯刮板转载机3连接，实现所述前排液压支架组和所述转弯刮板转载机3的整体移动，所述端头放顶煤液压支架8与若干所述后排放顶煤液压支架2组成后排支架组，所述前排液压支架组和所述后排支架组通过所述架间推移千斤顶5和拉杆相连，所述转弯刮板转载机3后部通过所述拉溜链条10与所述推移梁4连接，所述放顶煤工作面前方采用所述单体液压支柱配合巷道支架7形成超前加强支护，确保工作面安全空间，所述破碎机11搭载在所述转弯刮板转载机3上，并与所述运输顺槽的所述可伸缩胶带运输机搭接组成原煤运输线；
所述泵站、所述供电和所述电控放置在工作面入口处；
所述前排液压支架组、所述支架推移千斤顶6与铰接组装的整体式推移梁连接，通过三者之间的相互顶推和牵引实现行走功能，该所述铰接组装整体式推移梁是由若干个小推移框架组成，且通过销轴连接，并可以根据所述前排液压支架组的数量调整长度；
所述放顶煤落煤工序完成后，操作所述前排液压支架组，使支架推移千斤顶6顶推推移梁4和拉溜链条10将转弯刮板转载机3向前推移一个步距。
上述技术方案的工作原理为：
所述放顶煤工作面的开采如下：
工作面落煤：所述放顶煤工作面落煤方式依据煤层厚度、坚硬系数、节理裂隙发育程度分为三种方式，并对应相对的所述放顶煤工作面巷道布置方式：
方式一：如图4和图5所示，厚度在3-7米之间的稳定坚硬煤层，运输顺槽掘进时按煤层宽度采用综合掘进机全煤厚截割顶底板的三角岩石一次成巷掘进，形成工作面；
方式二：如图6和图7所示，厚度在3-7米之间的松软破碎煤层，跟顶板小断面采用综合掘进机落煤形成运输顺槽，底板侧剩余煤体采用综合掘进机二次反向超前工作面切割落煤，形成工作面；
方式三：如图8和图9所示，厚度在7米以上煤层，跟顶板小断面采用综合掘进机落煤形成运输顺槽，跟底板小断面采用综合掘进机落煤形成煤层回风巷，所述运输顺槽和所述底板煤层回风巷之间支撑隔离煤柱采用综合掘进机二次反向超前工作面切割落煤，形成工作面；
放顶煤落煤：所述后排支架组上方的松散顶煤通过所述后排放顶煤液压支架组8落到后部所述转弯刮板转载机3上；
煤炭运输：所述放顶煤工作面顶煤通过所述转弯刮板转载机3转运到所述运输顺槽的所述可伸缩胶带运输机上运出工作面，所述转弯刮板转载机3上安装所述破碎机11对大块煤炭和冒落矸石进行破碎处理，移溜：放顶煤完成后，操作所述前排液压支架组，使所述支架推移千斤顶6顶推所述推移梁4和所述拉溜链条10将所述转弯刮板转载机3向前推移一个步距，完成移溜；
放顶煤工作面支护：所述运输顺槽和所述放顶煤工作面液压支架前方采用架棚支护，考虑顶煤可放性和金属支护材料可回收重复利用，不宜采用锚喷支护，放顶煤段采用成套液压支架支护；
液压支架移架：操作前排支架组通过所述架间推移千斤顶5和所述支架推移千斤顶6将所述前端头液压支架9和若干所述前排液压支架1依次向前拉一个步距，操作后排支架组通过所述架间推移千斤顶5和拉杆将所述端头放顶煤液压支架8与若干所述后排放顶煤液压支架2依次向前拉一个步距，完成移架工作和放顶煤工作的一个循环。
Claims (5)
1.一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，其特征在于，包括：沿煤层走向将采区划分若干阶段，在每一阶段的底部布置一个放顶煤工作面，在所述放顶煤工作面上布置放顶煤成套装备，通过所述放顶煤成套装备对本阶段放顶煤工作面进行放顶煤开采，在本阶段放顶煤工作面开采完后，将所述放顶煤成套装备搬运至下一阶段放顶煤工作面安装运行；
在所述若干阶段底部同一水平面布置运输顺槽和底板岩石回风巷，运输顺槽尾端布置放顶煤工作面，所述放顶煤工作面包括所述放顶煤成套装备，并由若干个联络巷联通运输顺槽和底板岩石回风巷，其中末端联络巷开启工作，其它超前联络巷风门关闭。
2.根据权利要求1所述的一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，其特征在于，
所述放顶煤开采包括工作面落煤、放顶煤落煤、煤炭运输和工作面支护，整个开采过程通过所述放顶煤成套装备分步距循环推进，所述放顶煤开采过程中随着所述放顶煤工作面的推进，工作面后方的联络巷因为垮落而封堵，同步超前开掘新的所述联络巷。
3.根据权利要求1所述的一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，其特征在于，
所述放顶煤成套装备包括前排液压支架(1)、后排放顶煤液压支架(2)、转弯刮板转载机(3)、推移梁(4)、架间推移千斤顶(5)、支架推移千斤顶(6)、单体液压支柱配合巷道支架(7)、端头放顶煤液压支架(8)、前端头液压支架(9)、拉溜链条(10)、破碎机(11)、泵站、供电、电控和可伸缩胶带运输机；
所述前排液压支架(1)和所述前端头液压支架(9)组成前排液压支架组，且通过所述支架推移千斤顶(6)和所述推移梁(4)与所述转弯刮板转载机(3)连接，实现所述前排液压支架组和所述转弯刮板转载机(3)的整体移动，所述端头放顶煤液压支架(8)与若干所述后排放顶煤液压支架(2)组成后排支架组，所述前排液压支架组和所述后排支架组通过所述架间推移千斤顶(5)和拉杆相连，所述转弯刮板转载机(3)后部通过所述拉溜链条(10)与所述推移梁(4)连接，所述放顶煤工作面前方采用所述单体液压支柱配合巷道支架(7)形成超前加强支护，确保工作面安全空间，所述破碎机(11)搭载在所述转弯刮板转载机(3)上，并与所述运输顺槽的所述可伸缩胶带运输机搭接组成原煤运输线；
所述泵站、所述供电和所述电控放置在工作面入口处。
4.根据权利要求3所述的一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，其特征在于，
所述前排液压支架组、所述支架推移千斤顶(6)与铰接组装的整体式推移梁连接，通过三者之间的相互顶推和牵引实现行走功能，该所述铰接组装整体式推移梁是由若干个小推移框架组成，且通过销轴连接，并可以根据所述前排液压支架组的数量调整长度。
5.根据权利要求3所述的一种用于急倾斜煤层的水平分段机械化放顶煤采煤法，其特征在于，
所述放顶煤落煤工序完成后，操作所述前排液压支架组，使支架推移千斤顶(6)顶推推移梁(4)和拉溜链条(10)将转弯刮板转载机(3)向前推移一个步距。
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