CN113653489A - 松软围岩特厚煤层的开采方法及铺网机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种松软围岩特厚煤层的开采方法及铺网机构。该开采方法包括：S1、根据单层工作面装备技术条件和特厚煤层整体赋存条件，将特厚煤层划分为顶部煤层和底部煤层两部分；S2、采用大采高综采工艺开采顶部煤层，并对工作面后方底板采用铺网工艺施工；S3、待顶部煤层开采完毕，采空区垮落岩层压实稳定后，采用放顶煤开采工艺开采底部煤层，依据装备技术条件以及煤层的赋存条件采用不同的开采工艺，将二者开采方法的优势结合起来，解决了松软顶板条件下放顶煤开采过程中顶煤“易混矸”和“资源回收率低”的问题，提高了底部煤层放顶煤开采的顶煤放出效率，提高了煤层整体回收率。该铺网机构可用于上述开采方法的铺网工艺中。

Description

松软围岩特厚煤层的开采方法及铺网机构

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种松软围岩特厚煤层的开采方法及铺网机构。

背景技术

放顶煤开采是在厚煤层中，先开采煤层底部的部分煤层，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方(或上方)放出，并予以回收的一种采煤方法，具有开采效率高、单工作面产量大、吨煤成本低的特点。

但是，在松软围岩特厚煤层赋存条件下，尤其针对“煤硬顶软”的放顶煤开采，由于顶板松软的特殊赋存条件，顶煤和顶板破碎时间及块度差别较大，顶板破碎后顶煤仍呈大块状态，支架顶梁上方的顶煤在裂隙张开并回转的过程中，直接顶中的碎矸随即楔入大块顶煤的裂缝中，煤矸分界线交错。放煤后含矸率较高，为降低煤层含矸率，提高煤炭利用价值，含矸顶煤通常被直接舍弃，这很大程度上降低了煤层的回收率。

由于松软围岩特厚煤层条件下的放顶煤开采具有“易含矸”的特点，国内学者及生产矿井开展了包括采法及放煤工艺优化、综放顶煤爆破或水力压裂弱化等方法，但由于顶板围岩松软的特性，其效果并不明显。因此松软围岩特厚煤层开采时顶煤“资源回收率低”和“煤质含矸率高”的问题一直未得到有效解决。

发明内容

本发明提供一种松软围岩特厚煤层的开采方法及铺网机构，用以解决现有技术中松软围岩特厚煤层开采时存在的顶煤资源回收率低和煤质含矸率高的缺陷。

本发明提供一种松软围岩特厚煤层的开采方法，包括：

S1、根据单层工作面装备技术条件和特厚煤层整体赋存条件，将特厚煤层划分为顶部煤层和底部煤层两部分；

S2、采用大采高综采工艺开采所述顶部煤层，并对工作面后方底板采用铺网工艺施工；

S3、待顶部煤层开采完毕，采空区垮落岩层压实稳定后，采用放顶煤开采工艺开采所述底部煤层。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法，所述顶部煤层的厚度不超过5m，所述底部煤层的厚度不超过20m。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法，在步骤S2中的所述铺网工艺包括：

S21、采用轻质柔性整网卷制成网卷，网卷宽度与工作面倾向宽度相同；

S22、将网卷运送至采煤工作面，通过将网卷与铺网机构连接，将网卷展开；

S23、将展开后的整网沿工作面倾向方向进行一次性铺设。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法，在步骤S21中还包括：

在所述轻质柔性整网上沿其宽度方向间隔设定距离设置拉网牵引绳索，所述设定距离与所述铺网机构的设置间隔距离相等，所述拉网牵引绳索用于将所述轻质柔性整网的一端与所述铺网机构连接。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法，在步骤S22中具体包括：

S221、通过矿井运输系统将待铺网卷运输至工作面回风巷道，并在工作面进风巷端头布设一组牵引机构，通过牵引绳将待铺网卷从工作面回风巷道牵引至铺至工作面支架后方；

S222、在工作面开切眼中，通过铆钉将网卷一端固定在采空区一侧；工作面回采后，待铺网卷通过铺网机构牵引自动展开。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法，在步骤S2中的所述铺网工艺还包括采用双铺网连网工艺，

在步骤S21中还包括：

网卷至少包括由第一整网卷制而成的第一网卷和由第二整网卷制而成的第二网卷；

在步骤S22中还包括：

所述第一网卷和所述第二网卷先后通过不同铺网机构展开；

在步骤S23中还包括：

所述第一整网铺设完毕后，采用工业涤纶丝绳将所述第二整网与所述第一整网进行穿绳连接。

本发明还提供一种用于本发明的松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，包括：铺网支架和设于所述铺网支架上的驱动部件、牵引链条和旋转轮，所述驱动部件通过所述牵引链条与所述旋转轮驱动连接。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，所述驱动部件为位移千斤顶。

根据本发明提供的一种松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，所述铺网支架安装于大采高综采工艺所用液压支架的底座上。

本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法，通过对特厚煤层进行分层，对于顶部煤层采用大采高综采工艺施工，并对工作面后方底板进行铺网，对于底部煤层采用放顶煤开采工艺施工。利用本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法，依据装备技术条件以及煤层的赋存条件采用不同的开采工艺，将二者开采方法的优势结合起来，保障了煤层整体高效开采的同时，解决了松软顶板条件下放顶煤开采过程中顶煤“易混矸”和“资源回收率低”的问题；并且底部煤层顶煤受到顶部煤层大采高工作面采动底板应力的动态加载作用，提高了底部煤层放顶煤开采的顶煤放出效率，有效提高了煤层整体回收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法的流程示意图；

图2是本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法的开采示意图；

图3是本发明提供的运网步骤所用装置的示意图；

图4是本发明提供的铺网步骤所用装置的示意图；

图5是本发明提供的铺网机构的结构示意图；

附图标记：

1：顶部煤层； 2：底部煤层；

3：大采高铺网开采工作面； 4：放顶煤开采工作面；

5：顶板岩层； 6：底板岩层；

7：隔离网； 8：转向装置；

9：牵引装置； 10：减阻装置；

11：第一网卷； 12：第二网卷；

13：铺网机构； 14：拉网牵引绳索；

15：铺网支架； 16：驱动部件；

17：牵引链条； 18：旋转轮。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的一种松软围岩特厚煤层的开采方法。该开采方法主要包括三步：分层和分别对顶部煤层1和底部煤层2采用不同工艺进行施工，具体包括：

S1、根据单层工作面装备技术条件和特厚煤层整体赋存条件，将特厚煤层划分为顶部煤层1和底部煤层2两部分。步骤S1主要针对特厚煤层进行分层，分为顶部煤层1和底部煤层2两部分，对于两个分层采用不同工艺进行施工。一般来说，顶部煤层1的厚度不超过5m，底部煤层2的厚度不超过20m。应当理解的是，顶部煤层1和底部煤层2的设计厚度可依据实际装备技术条件和煤层赋存条件具体设计，本发明不局限于上述厚度要求。

S2、采用大采高综采工艺开采顶部煤层1，并对工作面后方底板采用铺网工艺施工。步骤S2中，为避免顶板垮落矸石混入煤层，对顶部煤层1采用大采高整体铺网开采方法，即采用大采高采煤方法的同时对工作面后方底板进行整体连续铺设隔离网7。简单来说，在进行煤炭开采时，当工作面采割煤层的高度在3.5米以上，运用综合机械化(例如液压支架)开采时，我们通常会将其定义为大采高综采工艺。

S3、待顶部煤层1开采完毕，采空区垮落岩层压实稳定后，采用放顶煤开采工艺开采底部煤层2。放顶煤开采是针对厚及特厚煤层开采发展起来的一种采煤工艺，它是在厚煤层的下部布置一个采高2～3m的工作面，随着工作面的推进，在前方支承压力的作用下，使工作面上部的煤体压裂破碎，并在支架尾部切顶线附近冒落放出的一种采煤方法。

如图2所示，步骤S2和S3提出了一种“顶分层大采高铺网开采+底分层放顶煤开采”结合的开采方式(为方便理解，在图2中标出了大采高铺网开采工作面3、放顶煤开采工作面4、顶板岩层5和底板岩层6)，将大采高分层开采方法的“资源回收率高、煤质好”和放顶煤开方法的“开采效率高、吨煤成本低”的各自优点结合起来，保障了煤层整体高效开采的同时，解决了松软顶板条件下放顶煤开采过程中顶煤“易混矸”和“资源回收率低”的问题，有效提高了煤层整体回收率；有利于底部煤层2放顶煤工作面坚硬顶煤的放出，提高了顶煤放出效率；随着顶部煤层1大采高工作面的推进，底部煤层2顶煤将受到顶部煤层1大采高工作面采动底板应力的动态加载作用，对底部煤层2顶煤产生破碎作用，降低底部煤层2的强度，这将有利于底部煤层2放顶煤开采时顶煤的破碎垮落，进而提高底部煤层2放顶煤开采的顶煤放出效率。

本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法，通过对特厚煤层进行分层，对于顶部煤层1采用大采高综采工艺施工，并对工作面后方底板进行铺网，对于底部煤层2采用放顶煤开采工艺施工。利用本发明提供的松软围岩特厚煤层的开采方法，依据装备技术条件以及煤层的赋存条件采用不同的开采工艺，将二者开采方法的优势结合起来，保障了煤层整体高效开采的同时，解决了松软顶板条件下放顶煤开采过程中顶煤“易混矸”和“资源回收率低”的问题；并且底部煤层2顶煤受到顶部煤层1大采高工作面采动底板应力的动态加载作用，提高了底部煤层2放顶煤开采的顶煤放出效率，有效提高了煤层整体回收率。

在本发明的其中一个实施例中，在步骤S2中的铺网工艺包括：S21、采用轻质柔性整网卷制成网卷，网卷宽度与工作面倾向宽度相同；S22、将网卷运送至采煤工作面，通过将网卷与铺网机构13连接，将网卷展开；S23、将展开后的整网沿工作面倾向方向进行一次性铺设。具体地，上述步骤采用高强度聚酯纤维柔性网进行网卷制作，单片网卷宽度为待铺网工作面倾向宽度，该宽度长度为150m～300m，实现工作面倾向方向的整体连续一次性铺网，网卷的长度为单一网卷走向铺设长度，一般不低于20m，并可根据井下运输系统和配套支架情况进行调整，实现工作面走向长距离单一整网连续铺设。本实施例解决了现有技术中多采用多张“分网”在井下拼接而成，并由此带来了诸多问题：“分网”单次铺联网面积小，铺网工作需要随着采煤循环推进频繁联网缝合；井下铺网和联网的人工工作量大，降低了铺联网工作整体工效，同时人员安全也无法得到保证。本实施例的铺网工艺实现了工作面倾向方向整体一次性铺网，单次循环铺网面积大，减少了工作面铺网的连网次数，降低了连网对采煤工序的干扰；大面积整网连续铺设简化了连网整体系统结构，尤其适用于放顶煤开采井下复杂的地质和生产环境，提高了铺网工艺方法的可靠性和适用性。

进一步地，在步骤S21中还包括：在轻质柔性整网上沿其宽度方向间隔设定距离设置拉网牵引绳索14，设定距离与铺网机构13的设置间隔距离相等，拉网牵引绳索14用于将轻质柔性整网的一端与铺网机构13连接。在本实施例中，为保障工作面网卷展开的有效性，确保铺网机构13移动时网卷自动拉开，在网卷入井之前每隔一定距离预置安放一根拉网牵引绳索14，用于与铺网机构13连接，便于铺网机构13将网卷展开。

在本发明的其中一个实施例中，在步骤S22中具体包括：S221、通过矿井运输系统将待铺网卷运输至工作面回风巷道，并在工作面进风巷端头布设一组牵引机构，通过牵引绳将待铺网卷从工作面回风巷道牵引至铺至工作面支架后方(即如图3所示)；S222、在工作面开切眼中，通过铆钉将网卷一端固定在采空区一侧；工作面回采后，待铺网卷通过铺网机构13牵引自动展开(即如图4所示)。具体地，如图3所示，步骤S221中通过矿井运输系统将网卷运输至工作面回风巷道，运输系统包括转向装置8、牵引装置9和减阻装置10，转向装置8可以为旋转轮18，用于调整运输方向，牵引装置9可以包括牵引绳和电机，电机驱动牵引绳移动，利用牵引绳带动网卷移动，而减阻装置10可以引导网卷展开，并减小拉网阻力，可通过旋转轴结构减小网卷展开时的摩擦阻力。如图4所示，步骤S222中利用铺网机构13与网卷的拉网牵引绳索14连接，从而通过铺网机构13的移动带动网卷自动展开。其中，铺网机构13通过下述实施例进行描述。

在本发明的其中一个实施例中，在步骤S2中的铺网工艺还包括采用双铺网连网工艺(如图4所示)，在步骤S21中还包括：网卷至少包括由第一整网卷制而成的第一网卷11和由第二整网卷制而成的第二网卷12；在步骤S22中还包括：第一网卷11和第二网卷12先后通过不同铺网机构13展开；在步骤S23中还包括：第一整网铺设完毕后，采用工业涤纶丝绳将第二整网与第一整网进行穿绳连接。在本实施例中，如图5所示，本实施例中采用了“一铺一备”的双铺网连网工艺，同时布设两个网卷，第一网卷11铺设完毕后，采用加强工业涤纶丝绳将后续的第二网卷12与前序的第一网卷11进行人工穿绳联接，实现延工作面走向连续铺网。

如图5所示，本发明还提供一种用于上述实施例松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构13。该铺网机构13包括：铺网支架15和设于铺网支架15上的驱动部件16、牵引链条17和旋转轮18，驱动部件16通过牵引链条17与旋转轮18驱动连接，将拉网牵引绳索14绕制在旋转轮18上，通过驱动部件16带动牵引链条17移动，进而带动旋转轮18旋转，拉动绕在旋转轮18上的拉网牵引绳索14，从而将网卷展开。

具体地，驱动部件16可采用位移千斤顶。应当理解的是，也可以采用其他驱动部件代替，本发明不局限于此。

进一步地，铺网支架15安装于大采高综采工艺所用液压支架的底座上。基于特厚煤层地质条件下工作面配套液压支架后方空间相对充足的特点，网卷铺设采用架后铺网方式，通过对铺网支架15后端连接位移千斤顶、牵引链条17和旋转轮18，将待铺网卷与铺网支架15进行铺网前连接。

本发明提供的一种铺网机构13，可适用于上述实施例的松软围岩特厚煤层的开采方法，利用液压支架后方空间相对充足的特点，安装铺网支架15以及驱动部件16、牵引链条17和旋转轮18，利用网卷端部的拉网牵引绳索14与旋转轮18连接，从而在驱动部件16的带动下，使得网卷展开。该铺网机构13具有系统改造工程量少、费用低的优势，仅需对部分铺网支架15进行简单改造即可满足于一般特厚煤层分层开采高效铺网需求，提高了铺网工艺方法的经济性。

例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，包括：

S1、根据单层工作面装备技术条件和特厚煤层整体赋存条件，将特厚煤层划分为顶部煤层和底部煤层两部分；

S2、采用大采高综采工艺开采所述顶部煤层，并对工作面后方底板采用铺网工艺施工；

S3、待顶部煤层开采完毕，采空区垮落岩层压实稳定后，采用放顶煤开采工艺开采所述底部煤层。

2.根据权利要求1所述的松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，所述顶部煤层的厚度不超过5m，所述底部煤层的厚度不超过20m。

3.根据权利要求1所述的松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，在步骤S2中的所述铺网工艺包括：

S21、采用轻质柔性整网卷制成网卷，网卷宽度与工作面倾向宽度相同；

S22、将网卷运送至采煤工作面，通过将网卷与铺网机构连接，将网卷展开；

S23、将展开后的整网沿工作面倾向方向进行一次性铺设。

4.根据权利要求3所述的松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，在步骤S21中还包括：

在所述轻质柔性整网上沿其宽度方向间隔设定距离设置拉网牵引绳索，所述设定距离与所述铺网机构的设置间隔距离相等，所述拉网牵引绳索用于将所述轻质柔性整网的一端与所述铺网机构连接。

5.根据权利要求4述的松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，在步骤S22中具体包括：

S221、通过矿井运输系统将待铺网卷运输至工作面回风巷道，并在工作面进风巷端头布设一组牵引机构，通过牵引绳将待铺网卷从工作面回风巷道牵引至铺至工作面支架后方；

S222、在工作面开切眼中，通过铆钉将网卷一端固定在采空区一侧；工作面回采后，待铺网卷通过铺网机构牵引自动展开。

6.根据权利要求3所述的松软围岩特厚煤层的开采方法，其特征在于，在步骤S2中的所述铺网工艺还包括采用双铺网连网工艺，

在步骤S21中还包括：

网卷至少包括由第一整网卷制而成的第一网卷和由第二整网卷制而成的第二网卷；

在步骤S22中还包括：

所述第一网卷和所述第二网卷先后通过不同铺网机构展开；

在步骤S23中还包括：

所述第一整网铺设完毕后，采用工业涤纶丝绳将所述第二整网与所述第一整网进行穿绳连接。

7.一种用于根据权利要求3-6中任意一项所述的松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，其特征在于，包括：铺网支架和设于所述铺网支架上的驱动部件、牵引链条和旋转轮，所述驱动部件通过所述牵引链条与所述旋转轮驱动连接。

8.根据权利要求7所述的松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，其特征在于，所述驱动部件为位移千斤顶。

9.根据权利要求7所述的松软围岩特厚煤层的开采方法的铺网机构，其特征在于，所述铺网支架安装于大采高综采工艺所用液压支架的底座上。

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