CN113803070A - 一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，基于现有技术的水平分段放顶煤开采工艺，通过工作面布置方式、采煤工艺和装备等方面的优化创新，对急倾斜近距离煤组进行协调开采。其中，工作面布置方式的优化创新：通过A、B两种类型工作面的灵活组合布置，实现了其对不同煤组赋存条件的适应性；采煤工艺的优化创新：通过横向布置（垂直于巷道两帮）的大宽度低位放顶煤支架，实现了顶煤高效放出；工作面装备的优化创新：通过支架牵引车对横向低位放顶煤支架的纵向牵引，实现了支护移架操作。本发明突破了现有急倾斜煤层群联合开采技术的缺陷，拓展了急倾斜煤层群开采范围，实现了该类煤层的安全高效协调开采。

Description

一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，涉及一种煤层开采方法,具体地说是一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法。

背景技术

急倾斜煤层是指倾角大于45°的煤层，是国际公认的难采煤层，其煤质多为焦煤和炼焦煤，在我国西部地区（特别是新疆）的储量尤为丰富，具有良好的开采价值。我国急倾斜煤层开采始于20世纪50年代，主要以落垛、台阶、水平分层、巷放、钢丝绳锯煤等非机械化采煤法，80年代开始使用伪斜柔性掩护支架采煤法、分段密集采煤法、倒台阶采煤法等机械采煤法，90年代末开始发展急倾斜走向长壁综合机械化采煤法、急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤采煤法等采煤方法，基本实现了对急倾斜单一薄及中厚煤层的机械化安全开采。

但由于受到倾角效应和重复采动的影响，对于厚度4～12m的急倾斜特厚煤层群，采用上述煤层开采方法尚不能实现安全高效开采。主要问题在于：

一、该类煤层厚度大、距离近，相邻采场相互影响作用比较明显，采用上述单一煤层开采方法进行上行开采、下行开采、上下同采或联合开采时，容易存在上下煤层开采二次扰动、动压巷道的围岩稳定性难以控制、巷道及工作面的合理错距难以确定、采空区贯通易造成强动力灾害等问题。

二、上述传统的急倾斜采煤方法还存在工序较多、通风效果差、煤炭回收率低、掘进工程量大等缺陷，具体为：1、移架工序复杂，工人劳动强度较大、生产效率低下；2、布置的巷道系统并没有很好解决工作面的通风问题，容易在工作面角落造成瓦斯聚集；3、工作面的放煤口较小且位置分散，煤炭放出率低，容易造成顶底板三角煤的浪费；4、联络巷开掘密集，工程量较大，开采成本比较高。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，通过创新工作面布置方式、优化回采装备及回采工艺，以实现对急倾斜近距离特厚煤组安全高效协调开采的目的。

协调开采：在近或极近距离煤层中，由于煤层间距小，单一煤层开采对其他煤层扰动较大，因此需要对多煤层同时进行开采。考虑到开采扰动的影响范围和传递方式，各煤层的工作面需要设置一定的错距，并选择合理的开采参数，保持一定的关联性，协调各煤层的开采进度，尽量避免各煤层之间的开采扰动。因此，对多个煤层设置错距和开采参数实现同时开采，以避免各煤层之间的开采扰动，这种开采方法被定义为协调开采。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，在煤层中掘进两条回采巷道分别作为回风平巷和运输平巷，再沿煤层走向每间隔30～50m在回风平巷和运输平巷之间开掘联络巷；然后在回风平巷和运输平巷中分别布置相应的工作面，对煤层协调开采；

依据煤层厚度，回风平巷和运输平巷中均可通过设备的布置和支护条件的改变形成以下任意一种类型的工作面：

A型工作面：包括布置于回采巷道内的低位放顶煤支架、支架牵引车和可伸缩带式运输机，其中，可伸缩带式运输机沿煤层走向布设；

B型工作面:包括于回采巷道内相对布置的两台低位放顶煤支架、支架牵引车和刮板输送机，其中，刮板输送机沿煤层走向布设；

煤层回采时，同一回采巷道内：低位放顶煤支架的放煤口与支架牵引车的运煤输入口相对应，支架牵引车的运煤输出口与可伸缩带式运输机或刮板输送机的运煤输入口相对应。

作为本发明的限定，A型工作面、B型工作面的低位放顶煤支架均横向布置于回采巷道内；其中，B型工作面中相对布置的两台低位放顶煤支架的放煤口相邻并定位于B型工作面的中央。

作为本发明的另一种限定，支架牵引车包括行走部、固设于行走部前侧的牵引部、固设于行走部上方的运载部以及固设于行走部前后两侧的多个支撑腿；

其中，运载部包括与牵引部同侧设置的铲板、设于铲板上方的星轮装载机构以及自星轮装载机构处沿支架牵引车长度方向延伸至车身外侧的第一运输机。

作为本发明的进一步限定，运输平巷和回风平巷中还配设有通风系统，所述通风系统包括至少四个设于运输平巷中的通风机，以及延伸至运输平巷工作面的第一风筒和延伸至回风平巷工作面的第二风筒；

所述第一风筒和第二风筒均分别与通风机相连通。

作为本发明的再进一步限定，基于水平分段放顶煤开采工艺，该方法包括按顺序依次进行的以下步骤：

S1、布置巷道系统：在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段，然后在上煤层中掘进回采巷道作为回风平巷，在下煤层中掘进回采巷道作为运输平巷，并沿煤层走向每间隔30～50m在回风平巷和运输平巷之间开掘联络巷,其中，回风平巷和运输平巷间存在H的高差；

S2、配备工作面设备：当煤层厚度为4～6m时，采用A型工作面布置；当煤层厚度为6～12m时，采用B型工作面布置；

S3、工作面回采：采用煤巷综掘机同时掘进运输平巷和回风平巷，破碎的顶煤由低位放顶煤支架的放煤口放出，依次经支架牵引车、可伸缩带式运输机或刮板输送机运出工作面；

S4、移架支护：一个放煤步距完成后，驾驶支架牵引车牵引低位放顶煤支架前移，进行一次移架操作后，重复步骤S3，进行下一个回采步骤。

本发明的主要改进点在于采用协调开采辅以水平分段综放对急倾斜近距离煤组进行开采，极大程度降低了急倾斜近距离煤组间的开采扰动，保证了对该类煤层开采的安全性和高效性。由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：

一、本发明设计有A型、B型两种不同的工作面布置方式，其针对急倾斜近距离厚及特厚煤层群的开采进行了大量优化，并且这两种工作面布置类型可以两两之间灵活组合（A-A、A-B、B-A、B-B），能够很好地适应大部分急倾斜近距离厚及特厚煤层群的联合开采。工作面布置的优化具体指：

（1）低位放顶煤支架布置方式的优化：A型工作面和B型工作面中的低位放顶煤支架全部为横向布置形式，工作面的放煤口比较集中，可提高顶煤放出率，减少顶底板三角煤的浪费；

（2）双支架组合布置方式的创新：B型工作面中两台低位放顶煤支架的架尾相对布置，将两台低位放顶煤支架各自的放煤口组合成为一个放煤口。该种结构使得两台低位放顶煤支架形成一个相互关联的整体，并使其放煤方式发生了根本性的改变：由工作面两边放煤变成工作面中央放煤，放煤口变大，能形成较大的放煤椭球体，提高了顶煤放出率，减少了顶底板三角煤的浪费，实现了单一低位放顶煤支架无法实现的任务；

（3）煤炭机械化装运的优化：通过引入支架牵引车的装煤、运煤功能，实现了煤炭的全机械化装运，避免了其它开采方法中的人工攉煤工序。（其它开采方法由于工作面布置不合理，很难实现工作面全程的煤炭机械化装运。）

（4）工作面通风方式的优化：采用通风机配合风筒对两个工作面进行通风，避免从上个工作面流出的污风流入到下一工作面，保证了两个工作面都有新鲜风流，杜绝了工作面角落瓦斯的聚集。

二、本发明设计并采用了支架牵引车，进而优化改变了工作面的移架方式：在A、B型工作面中，液压支架数量较少，且布置方向与传统液压支架布置方向不同，所以采用外部设备对液压支架进行移架。因此，本发明设计并引入了支架牵引车这一新设备，用来对低位放顶煤支架进行移架，大大减少了工作面移架工序，减轻了工人的劳动强度。此外，支架牵引车还可以起到装煤、运煤等作用，提高了工作面的机械化程度。

综上所述，本发明提高了急倾斜煤层群开采技术的普适性，实现了工作面采掘合一、采放分离，简化了采煤工艺，提高了放煤率，提高了工作面机械化程度，降低了工人劳动强度，降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例急倾斜近距离煤组协调开采示意图；

图2为本发明实施例急倾斜近距离煤组协调开采工作面布置平面图；

图3为本发明实施例中支架牵引车的主视图；

图4为本发明实施例中支架牵引车的俯视图；

图中：1、上煤层；2、下煤层；3、间隔岩层；4、A型工作面；5、B型工作面；6、联络巷；7、运输平巷；8、回风平巷；9、低位放顶煤支架；10、支架牵引车；11、可伸缩带式运输机；12、刮板输送机；13、溜槽；14、行走部；15、铲板；16、第一运输机；17、星轮装载机构；18、牵引部；19、支撑腿；20、通风机。

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理解本发明，并不用于限定本发明。

实施例 一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法

假设急倾斜近距离煤层群的赋存条件为：煤层倾角为α，上煤层1厚度为6～12m，下煤层2厚度为4～6m，上煤层1和下煤层2的关系为急倾斜近距离煤层群，间隔岩层3既是上煤层1的底板，又是下煤层2的顶板。本实施例以此为例进行详细描述。

基于现有技术的水平分段放顶煤开采工艺，本实施例在上煤层1、下煤层2中分别布置对应的A型工作面4或B型工作面5后，对急倾斜近距离煤层群联合开采，具体包括按顺序依次进行的以下步骤：

S1、布置巷道系统

在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段（分段高度为10～20m），并采用双巷掘进方式利用煤巷综掘机分别在上煤层1中掘进一条全断面回采巷道作为回风平巷8，在下煤层2中掘进一条全断面回采巷道作为运输平巷7，考虑到近距离煤层的相互影响，回风平巷8和运输平巷7可根据现场实际情况设置一定的高度差H。

然后，在运输平巷7和回风平巷8中间开掘多条用于沟通风路和转运煤炭的联络巷6，其中，两个相邻联络巷6沿煤层走向上的间隔D_L为30～50m。

上述，高度差H的计算公式为：H=D₁ tanβ ；

联络巷6长D₂的计算公式为：D₂= D₁/cosβ ；

D₁的计算公式为：D₁=D sinα ；

其中，D为图1中急倾斜近距离煤层群的间隔岩层3的厚度，β为联络巷6中溜槽13的最小自溜角度。

S2、配备工作面设备

工作面是在巷道掘进完成后，由回采巷道通过设备布置和支护条件的改变而形成的，并且依据不同厚度的煤层会采用不同类型的工作面进行布置。本实施例共涉及A、B两种类型的工作面，并且设计引入了支架牵引车10对A、B两种类型的工作面进行牵引移架，具体为：

A型工作面4，适用于4～6m厚的煤层，如图2所示，包括一台布置于回采巷道内的低位放顶煤支架9、支架牵引车10和沿煤层走向布设的可伸缩带式运输机11，其中，低位放顶煤支架9的放煤口位于煤层的底板侧。

B型工作面5，适用于6～12m厚的煤层，如图2所示，包括两台相对布置于回采巷道内的低位放顶煤支架9、支架牵引车10和沿煤层走向布设的刮板输送机12，其中，两台低位放顶煤支架9的放煤口相邻并定位于B型工作面5的中央。

需要说明的，不论A型工作面4还是B型工作面5，同一回采巷道内的低位放顶煤支架9、支架牵引车10和可伸缩带式运输机11（刮板输送机12）均为相互配合的工作关系。即煤层回采时，低位放顶煤支架9的放煤口与支架牵引车10的运煤输入口相对应，支架牵引车10的运煤输出口与运输机的运煤输入口相对应。

要特别强调的是，急倾斜近距离煤层群的赋存条件并不相同，所以A、B两种工作面布置类型可以根据实际情况进行调整，当急倾斜近距离煤层群的两层煤都是4～6m厚时，都采用A型工作面4布置；当急倾斜近距离煤层群的两层煤都是6～12m厚时，都采用B型工作面5布置，当急倾斜近距离煤层群的一层煤是4～6m厚，另一层煤是6～12m厚时，分别采用A、B两种工作面布置类型。这样极大地拓展了该工作面布置方式的适用范围，增强了其对各种急倾斜近距离煤层群赋存条件的适用性。

本实施例中，上煤层1厚度为6～12m，故采用B型工作面5布置；而下煤层2厚度为4～6m，故采用A型工作面4布置。并且，A型工作面4和B型工作面5中的低位放顶煤支架9均是横向布置形式（低位放顶煤支架9垂直于回采巷道两帮）。

支架牵引车10不仅能够对低位放顶煤支架9进行牵引移架，还能够起到装煤、运煤和运转设备及零件的作用。本实施例中的支架牵引车10是在现有综掘机结构基础上进行的改进，具体如图3和图4所示，支架牵引车10包括履带式的行走部14，固装于行走部14前侧的牵引部18以及固装于行走部14上方的运载部。其中，牵引部18用于牵引低位放顶煤支架9并在行走部14的带动下对其进行移架，如图4所示，牵引部18包括两个平行设于行走部14前端的牵引千斤顶；运载部用于将工作面处的煤炭转运至可伸缩带式运输机11（刮板输送机12）上，避免了现有开采方法中人工攉煤的情况，如图4所示，运载部包括与牵引部18同侧设置的铲板15、设于铲板15上方的星轮装载机构17以及设于行走部14上方的第一运输机16，其中铲板15即为支架牵引车10的运煤输入口。运载部中的第一运输机16自星轮转载机处沿行走部14的长度方向延伸至车身外侧。

进一步的，支架牵引车10上还相应设有支撑部，以保证支架牵引车10在回采巷道内可以稳定的停放，如图3和图4所示，支撑部包括固设于行走部14前后两侧的多个支撑腿19。

S3、工作面回采及移架支护

工作面进行回采时，破碎的顶煤由低位放顶煤支架9的放煤口放出，并通过支架牵引车10的铲板15与星轮装载机构17装载后，再通过支架牵引车10的第一运输机16运输至可伸缩带式运输机11（或刮板输送机12）上，从而运出工作面。

具体为：首先，采用煤巷综掘机同时掘进运输平巷7和回风平巷8；然后，放煤前在运输平巷7和回风平巷8的工作面上打孔爆破对顶煤进行预裂，钻孔超前于工作面施工，要求炮孔能够预裂工作面及其上方的顶煤，并且不干扰到留设的煤柱和两煤层中间的间隔岩层3。

下煤层2中的A型工作面4进行回采时，如图2所示，由低位放顶煤支架9的放煤口将顶煤放出，落入支架牵引车10的铲板15上，由铲板15上方的星轮装载机构17装载至第一运输机16上，再转运至可伸缩带式运输机11上，并通过运输平巷7运出工作面。当一个放煤步距完成后，先将低位放顶煤支架9降下，利用支架牵引车10的牵引千斤顶与低位放顶煤支架9的侧翼连接扣相连，打开液压阀，使牵引千斤顶缩短，以此牵引低位放顶煤支架9进行移架，然后将低位放顶煤支架9升起，进行下一个生产步骤。

同理，上煤层1中的B型工作面5进行回采时，如图2所示，由低位放顶煤支架9的放煤口将顶煤放出，落入支架牵引车10的铲板15上，由铲板15上方的星轮装载机构17装载至第一运输机16上，再转运至刮板输送机12上，然后通过联络巷6中的溜槽13转运至可伸缩带式运输机11上，最后通过运输平巷7运出工作面。当一个放煤步距完成后，将支架牵引车10的牵引千斤顶与其中一台低位放顶煤支架9的侧翼连接扣相连，将该低位放顶煤支架9降下，然后放下支架牵引车10的前后支撑腿19，打开液压阀，使牵引千斤顶缩短，以此牵引该低位放顶煤支架9进行移架，完成该低位放顶煤支架9的移架。由于B型工作面5有两台低位放顶煤支架9，所以将以上的移架步骤再重复一次，即可完成B型工作面5的移架，然后进行下一个生产步骤。

工作面通风：煤矿的开采过程中需要时刻保证良好的通风效果，以避免瓦斯积聚发生危险。本实施例掘进的运输平巷7和回风平巷8中均配设有相应的通风系统，如图2所示，包括至少四个设于运输平巷7中的通风机20，以及分别与通风机20相连通的第一风筒和第二风筒。其中，第一风筒延伸至运输平巷7的A型工作面4处，第二风筒则经联络巷6延伸至回风平巷8的B型工作面5处。本实施例中的运输平巷7中就配设有四个通风机20，每两个通风机20为一组，两组通风机20分别与一个风筒相连通。（一个风筒需要主、副两个通风机20，以避免其中一个通风机20出现故障而导致无法通风。）

A型工作面4通风：新鲜风流从运输平巷7流入，由超前工作面的联络巷6前方的通风机20将新鲜风流经过第一风筒吹入A型工作面4，然后再由A型工作面4流经超前工作面的联络巷6，再从回风平巷8流出。

B型工作面5通风：新鲜风流从运输平巷7流入，由超前工作面的联络巷6前方的通风机20将新鲜风流经过第二风筒吹入B型工作面5（第二风筒经过超前工作面的联络巷6、回风平巷8到达B型工作面5），然后由B型工作面5流向回风平巷8，最后从回风平巷8流出。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，其特征在于：在煤层中掘进两条回采巷道分别作为回风平巷和运输平巷，再沿煤层走向每间隔30～50m在回风平巷和运输平巷之间开掘联络巷；然后在回风平巷和运输平巷中分别布置相应的工作面，对煤层协调开采；

依据煤层厚度，回风平巷和运输平巷中均可通过设备的布置和支护条件的改变形成以下任意一种类型的工作面：

A型工作面：包括布置于回采巷道内的低位放顶煤支架、支架牵引车和可伸缩带式运输机，其中，可伸缩带式运输机沿煤层走向布设；

B型工作面:包括于回采巷道内相对布置的两台低位放顶煤支架、支架牵引车和刮板输送机，其中，刮板输送机沿煤层走向布设；

煤层回采时，同一回采巷道内：低位放顶煤支架的放煤口与支架牵引车的运煤输入口相对应，支架牵引车的运煤输出口与可伸缩带式运输机或刮板输送机的运煤输入口相对应。

2.根据权利要求1所述的一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，其特征在于：A型工作面、B型工作面的低位放顶煤支架均横向布置于回采巷道内；其中，B型工作面中相对布置的两台低位放顶煤支架的放煤口相邻并定位于B型工作面的中央。

3.根据权利要求1或2所述的一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，其特征在于：支架牵引车包括行走部、固设于行走部前侧的牵引部、固设于行走部上方的运载部以及固设于行走部前后两侧的多个支撑腿；

其中，运载部包括与牵引部同侧设置的铲板、设于铲板上方的星轮装载机构以及自星轮装载机构处沿支架牵引车长度方向延伸至车身外侧的第一运输机。

4.根据权利要求3所述的一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，其特征在于：运输平巷和回风平巷中还配设有通风系统，所述通风系统包括至少四个设于运输平巷中的通风机，以及延伸至运输平巷工作面的第一风筒和延伸至回风平巷工作面的第二风筒；

所述第一风筒和第二风筒均分别与通风机相连通。

5.根据权利要求4所述的一种急倾斜近距离特厚煤组水平分段协调开采方法，其特征在于：基于水平分段放顶煤开采工艺，该方法包括按顺序依次进行的以下步骤：

S1、布置巷道系统：在一个阶段内将煤层沿倾向划分为若干个水平分段，然后在上煤层中掘进回采巷道作为回风平巷，在下煤层中掘进回采巷道作为运输平巷，并沿煤层走向每间隔30～50m在回风平巷和运输平巷之间开掘联络巷,其中，回风平巷和运输平巷间存在H的高差；

S2、配备工作面设备：当煤层厚度为4～6m时，采用A型工作面布置；当煤层厚度为6～12m时，采用B型工作面布置；

S3、工作面回采：采用煤巷综掘机同时掘进运输平巷和回风平巷，破碎的顶煤由低位放顶煤支架的放煤口放出，依次经支架牵引车、可伸缩带式运输机或刮板输送机运出工作面；

S4、移架支护：一个放煤步距完成后，驾驶支架牵引车牵引低位放顶煤支架前移，进行一次移架操作后，重复步骤S3，进行下一个回采步骤。

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