CN1355374A - 煤矿网格状超前锚固无人工作面开采方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿网格状超前锚固无人工作面开采方法,其特征包括以下步骤:开掘网格状巷道,即开掘切眼巷和联络巷,超前工作面30－40米边采边掘,在网格状巷道内超前锚固支护,在联络巷内钻深孔炮眼爆破松煤和开动工作面下方的绞车来回拖动扒斗,使工作面出煤;采用此方法,工作面不用支架或支柱支护,顶板在采空区滞后垮落,不留底煤,不留煤柱,实现工作无人开采,回采率高,生产效率高,确保井下安全。

Description

煤矿网格状超前锚固无人工作面开采方法

本发明属于煤矿开采技术领域。

在煤矿开采中，坚硬顶板条件下，常规的方法是长壁冒落法开采和房柱式开采。长壁冒落法开采是沿煤层走向开拓上、下平巷，工作面长度80～200米，单体支柱支护顶板，垂直工作面打眼放炮落煤或采煤机割煤，刮板机输煤；或综合机械化开采，用液压支架支护顶板，采煤机割煤，刮板机输煤，随着工作面的推进，顶板在支柱(支架)移柱(架)后冒落。这种传统的开采方法有以下不足：一是采煤高度要与支护设备相适应，煤层高度千变万化，所以采煤高度一般要小于煤层厚度，使部分煤层留作底煤不被采出，造成回采率降低浪费资源，而且留底煤后，难以保证支护设备的工作阻力，稳重性差，极易产生推垮事故，安全上不可靠；二是随着工作面的推进，煤层顶板属于“紧跟型垮落”，顶板压力大，支护困难，或由于长久的空顶导致顶板内部产生“潜在”的破坏，易产生切顶事故。

房柱式开采是在工作面支柱掩护下开采到一定跨距时留10～15米的煤柱，搬到新的切眼处断开采，一般每开采30米左右要留设煤柱，通过留煤柱控制顶板的大范围冒落，虽然对工作安全有利，但因留设大量煤柱，使1/3～1/2的煤炭造成损失，而且频繁更换新的工作面，采煤设备经常搬家，使生产效率低。

本发明的目的是针对上述开采方法的不足，提出一种新的煤矿网格状超前锚固无人工作面开采方法。

本发明的技术方案是：

一、开掘网格状巷道

在已经开拓好上回风巷(或上顺槽)和下运输平巷(或下顺槽)内布置好运输设备的准备采煤区的始端开始，沿煤层顶板在倾向方向上每隔一定距离开掘切眼巷，再沿煤层顶板在走向方向上每间隔一定距离开掘联络巷或称腰巷，巷道间隔距离视顶板与煤层赋存情况计算而定，一般为15～25米，使采区形成网格状巷道。巷道一般掘成倒梯形，一般上宽3米，下宽2米，高2.5米，以利于安装支护锚杆。巷道随工作面的推进边采边掘，一般超前工作面30～40米的距离。

二、巷道超前锚固

在开掘后的网状巷道内打锚杆眼安装锚杆，顶板上易采用强度大，锚固牢的金属杆体树脂锚固式锚杆，锚杆长度视顶板情况而定，要穿过伪顶锚固在直接顶岩层中；两帮煤壁中的锚杆采用木质锚杆或竹锚杆，以防爆破后金属或其他质碎物混入煤炭，锚杆长度1.5米为宜；锚杆间排距0.8～1.2米。由于是在工作面前方安装锚杆所以称为超前锚固。

三、放炮松煤

在联络巷内超前工作面2～3米范围内，用钻机平行煤层从两侧向煤层中打7.5～12.5米的炮眼，炮眼间排距0.5～1.0米，打眼时用扦接式螺纹钎杆，使两侧的炮眼几乎钻透；然后向炮眼装填炸药卷和带有雷管的炮头，炮口堵塞炮泥，通电起爆，爆松煤层；为防止煤尘，炮眼中加装水炮泥；为防止一次齐爆药量过大和拒爆现象，采用段发雷管，分段装药结构。

四、工作面出煤

在工作面下方运输平巷内安放小绞车，在工作面上方上回风巷(上顺槽)内的顶板上固定尾轮，尾轮上挂钢丝绳，钢丝绳上固定扒斗，开动绞车，使扒斗来回移动，将煤炭扒装到运输平巷(下顺槽)输送机上，随工作面推进，及时移动绞车和尾轮，直至扒空工作面爆松的煤炭。

上述一、二、三、四步骤可平行作业，即同时进行上述各个工序；但放炮时离放炮点60米内的其他工序要暂停，以保证安全。

整个工序可连续进行，直至将整个采区采完。

本发明的积极效果是：

一、通过合理的网状巷道布置和超前锚杆支护，不仅增加了顶板的强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角等基本物理力学参数，而且增加了顶板的韧性、抗弯能力和抗疲劳破坏能力，等效提高了顶板的垮落步距和自稳时间，使顶板滞后工作面一段距离发生周期性垮落，通过科学的计算可人为控制顶板的冒落步距和时间，达到控制性开采，保证工作面安全。

二、工作面不再用单体支柱或液压支架进行支护顶板，不再用昂贵的机械设备采煤，工作面上无人工操作，节省了大量的人力、物力和机械装备的安装过程，实现了工作面无人开采，人员只是在工作面前方工作，有了可靠的安全保证。

三、工作面煤炭可一次彻底采完不留底煤，不留煤柱，煤炭资源得到近95％以上的回采率，这是其他任何采煤方法所达不到的。

四、各个工序可平行进行作业，整个采区可连续性的一次采完，避免了工作面经常搬家，大大提高了工效。

经实践证明，与房柱式采煤方法相比同一个采区可增收节支七千多万元；与单体支柱长壁式采煤方法相比，同一个采区可增收节支六千多万元；与综合机械化采煤相比仅设备一项即可节支三千多万元。

下面结合附图说明本发明的实施例。

图1是网格状巷道布置图，图2是锚杆支护断面图，图3是工作面布置示意图，图4是图3的C-C剖面图，图5是炮眼布置断面图，图6是炮眼布置剖面图，图7是装药结构图，图8是工作面扒煤移动示意图。

图例说明：1-上顺槽或上回风平巷；2-下顺槽或下运输平巷；3-联络巷或腰巷；4-切眼巷；5-锚杆；6-伪顶；7-直接顶；8-接续切眼巷；9-运输机；10-绞车；11-尾轮；12-扒斗；13-钢丝绳；14-局部通风机；15-炮眼；16-炸药卷；17-水炮泥；18-炮泥；19-雷管脚线；20-采煤工作面。

一.如图1、图3所示，在某个井下采区内首先开掘上顺槽(1)和下运输平巷(2)，并用支柱临时支护；布置上运输机(刮板式)(9)；掘进巷道时用局部通风机(14)通风，开掘贯通切眼巷(4)，相隔20米开掘一条，开掘出3～4条；以后随采煤工作面的推进继续开掘下一条；在切眼巷(3)中相隔16～20米(根据工作面长度而定)开掘联络巷(3)，形成网格状巷道。巷道为倒梯形，巷底宽度2米，高2.5米，顶宽3米。

二.边掘进边在巷道(1)、(2)、(3)、(4)内打锚杆眼，安装锚杆(5)，两帮为二排，排距1.0米，锚杆长度1.4米，采用木质锚杆；顶板为2排或3排，排距1.0米，间距1.0米，锚杆杆体为Ф18×2000mm金属锚杆，锚杆长度要穿过伪顶(7)锚固在直接顶(7)的岩石中，为增加锚固力，可用2卷Ф25×350mm树脂锚固剂，锚杆端头用150×150mm的蝶形托盘螺栓拧紧，锚杆布置如图2所示。

三.如图3所示，布置工作面设备，在第一个切眼巷(4)的下方平巷(2)内布置绞车(10)，在上方回风平巷的锚杆上悬挂上尾轮(11)，绞车上钢丝绳(13)挂在尾轮(11)上，再将扒斗(12)固定在钢丝绳(13)上。

四.如图5、图6所示，在联络巷(3)的煤壁上布置炮眼(15)，炮眼(15)行距1.2米，排距0.5米，用电煤钻平行煤层从两侧向煤层中打眼，边打边用插接式螺纹钎杆接长，眼深8～10米，使两侧炮眼几乎穿透，打底眼时要向底板下方倾斜钻进，保证爆松底部煤层。打完眼后，向炮眼(15)中装填炸药。装药结构如图7所示。首先向底部装4块炸药卷(16)，和带有五段雷管的炮头，再装入一个长200mm长的水炮泥，由里向外依次类推，雷管段数依次为五、四、三、二、一段，这样每段为1kg炸药，分五段爆破；孔口用炮泥(18)堵紧，在孔外将雷管脚线(19)串联在一起，用发爆器起爆，每个网格内的煤炭分5～8次放完。

五.当整个工作面(20)长度内的煤层放完后，绞车司机开动小绞车(10)，使扒斗(12)来回在工作面上移动，将煤炭扒在下顺槽(2)的刮板输送机(9)上，运出采区。随着工作面煤炭的扒出，不断向工作面前方移动尾轮和绞车，如图8所示。

六.在扒煤过程的同时，工作面前方同时开掘新的网格状巷道、锚杆支护、打眼放炮，直至将整个采区采完。

实施本方案时，也引用于一般条件的顶板。如果是一般条件的顶板或遇断层破碎带地段时，可减小切眼巷和联络巷的间距，增大网格密度，并增加锚杆支护的密度。

Claims (4)

1.一种煤矿网格状超前锚固无人工作面开采方法，其特征包括以下步骤：

(一)开掘网格状巷道

在已经开拓好上回风平巷和下运输平巷并布置上输煤设备的采煤区始端，沿煤层顶板在倾向方向上每隔一定距离开掘切眼巷，再沿煤层顶板在走向方向上每隔一定距离开掘联络巷或称腰巷，巷道间隔距离视顶板与煤层赋存情况而定，使采区形成网格状巷道，且随采煤进度超前工作面30-40米边采边掘；

(二)巷道超前锚固

在开掘后的网格状巷道内打锚杆眼，安装支护锚杆，锚杆间排距视顶板情况而定，顶板锚杆固定在直接顶岩层中，边掘边锚固；

(三)放炮松煤

(I)在联络巷道内超前工作面2-3米用钻机平行于煤层从两侧向煤层钻深孔炮眼，使两侧炮眼几乎钻透；

(II)向深孔炮眼内装填炮头、炸药和水炮泥，孔口用炮泥封堵，孔外连接好雷管脚线；

(III)通电起爆，使煤层爆松；

(四)工作面出煤

(I)在工作面平方运输平巷安放小绞车，绞车钢丝绳挂在工作面上方回风平巷悬挂的尾轮上，钢丝绳上固定扒斗；

(II)开动小绞车，使扒斗在工作面来回移动，将爆松煤炭耙至运输平巷的输煤设备上，运出采区；

(III)随工作面推进，不断向工作面前方移动绞车和尾轮；

(五)上述过程周而复始进行，直至采完整个采区。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：网格状巷道的间距为15～25米，巷道形状为倒梯形，以上宽3.0米，下宽2.0米，高2.5米为宜。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：超前支护时，顶板用金属质锚杆，两帮用木质锚杆，锚杆间排距0.8～1.2米。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：放炮松煤时，装填炸药采用分段装药结构，根据雷管起爆时差，从里向外依次为五、四、三、二、一段。

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